In der Regel verbinden wir mehrere Ethernet-Switches, um unsere Netzwerkanforderungen zu erfüllen, wenn ein einzelner Switch nicht ausreicht. Hier stellt sich eine entscheidende Frage: Wie können wir mehrere Switches miteinander verbinden? Nun, es gibt viele Möglichkeiten, und die folgenden sind die beliebtesten Optionen;

- Kaskadieren
- Stapeln
- Clustering

In diesem Beitrag geht es um die drei oben erwähnten gängigsten Methoden zur Verbindung mehrerer Ethernet-Switches.

Schalter Kaskadierung

Das Verbinden mehrerer Switches durch Kaskadierung ist eine herkömmliche Methode. Bei der Kaskadierung können wir Ethernet-Switches in einer der verschiedenen möglichen Topologien verbinden. Durch die Kaskadierung mehrerer Ethernet-Switches kann eine hohe Portdichte erreicht werden, und jeder Port kann unabhängig konfiguriert werden. Bei der Kaskadierung von Switches werden am häufigsten die Ketten- und Sterntopologie verwendet. Durch die Kaskadierung können wir verschiedene Switches von unterschiedlichen Herstellern miteinander verbinden. Bei einigen Ethernet-Switches ist es jedoch schwierig oder unmöglich, durch Kaskadierung Konnektivität zu erreichen.

Daisy-Chain-Topologie

Wie der Name schon sagt, ermöglicht die Verkettung von Switches, mehrere Ethernet-Switches wie die Blütenblätter eines Gänseblümchens in "Serie" zu schalten. Es ist die einfachste Art, Switches zu einem bestehenden Netzwerk hinzuzufügen. Die Struktur der Daisy-Chain-Topologie kann entweder ringförmig oder linear sein. In linearen Netzwerken besteht keine direkte Verbindung zwischen den Switches an beiden Enden. In Ringnetzwerken hingegen besteht eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem letzten Knoten des Netzwerks.
Betrachten wir ein Netzwerk, das aus fünf Knoten besteht: A, B, C, D und E. In einer Linientopologie können wir dieses Netzwerk als A-B-C-D-E darstellen, während wir, wenn wir diese fünf Knoten in einer Ringtopologie verbinden, dieses Netzwerk als A-B-C-D-E-A darstellen. Das folgende Schaubild unterscheidet zwischen Ring- und Linientopologien.

Ein Knoten ist mit dem benachbarten Knoten in einem Daisy-Chain-Netzwerk verbunden. Netze mit weniger als drei Ethernet-Switches können in einer linearen Topologie arbeiten. Die lineare Topologie hat jedoch einige inhärente Nachteile, und die Redundanz bleibt eines der größten Probleme in solchen Netzwerken. In einer linearen Topologie müssen die Daten jeden beteiligten Switch durchlaufen. Wenn ein Switch ausfällt, kann der Datenfluss zu verschiedenen angeschlossenen Geräten unterbrochen werden.
Die Daisy-Chain-Netzwerkstruktur der Ringtopologie wird für Netzwerke mit drei oder mehr Switches bevorzugt. Die Ringtopologie ist besser, da sie eine bidirektionale Datenübertragung gewährleistet. Bei einem Ausfall eines einzelnen Switches wird der Ring also nur an einem bestimmten Punkt unterbrochen, die übrigen Switches bleiben jedoch verbunden. Ein Problem bei der Ringtopologie ist die Möglichkeit von Netzwerküberlastungen und Broadcast Storms. Diese Probleme lassen sich jedoch durch die Integration von STP (Spanning Tree Protocol) in das Netzwerk lösen. STP verhindert, dass die Daten in Schleifen laufen.

Sterntopologie

Die Sterntopologie gilt als zuverlässige Lösung in Netzen mit vielen Gigabit-Switches. In einem auf der Sterntopologie basierenden Netz sind alle teilnehmenden Switches über P2P-Verbindungen mit einem Core-Switch verbunden. Wenn also zwei Switches in einem Sternnetz miteinander kommunizieren, läuft der Informationsfluss über den Core-Switch. Mit anderen Worten: Zwei Switches in einem sternförmigen Netzwerk kommen nicht direkt miteinander in Kontakt. Stattdessen überträgt der Kern-Switch alle Informationen an die Zielknoten.

Bei der Verbindung mehrerer Gigabit-Switches in einer Sterntopologie wird häufig ein dominanter Switch (z. B. ein 40G-Switch) als Core-Switch eingesetzt, der über P2P-Links mit den Switches der Zugriffsebene (z. B. 10G-Switches) verbunden ist. Auf diese Weise gibt es in einem sternförmigen Netzwerk keine Schleife, und jeder Zugangsswitch bleibt in der Nähe des Core-Switches oder des zentralen Switches.

Switch Stacking

Switch-Stacking ist eine Technik, die eine Verbindung zwischen zwei oder mehr Switches auf der Backplane ermöglicht, in der Regel über ein bestimmtes physisches Kabel. So erscheinen alle gestapelten Switches als ein einziger Switch und funktionieren auch so. Die Gruppe von Switches bildet einen "Stack" und benötigt einen Stack-Master. Die folgende Abbildung zeigt, wie Switches theoretisch gestapelt werden.

Wie das physische Stacking ist auch das virtuelle Stacking eine Option, bei der die beteiligten Switches über Ethernet-Ports und nicht über Stack-Module/Kabel gestapelt werden. Die Portdichte eines "Stacks" ist die Gesamtzahl der Switches. Wenn wir beispielsweise vier 24-Port-Switches kaskadieren, erhalten wir einen großen 96-Port-Switch, wenn es um die Konfiguration geht. Alle am Stack beteiligten Switches teilen sich eine einzige IP-Adresse (Internet Protocol) für die Fernkonfiguration und -verwaltung. Hier ist es wichtig zu verstehen, dass wir nur stapelbare Switches verwenden können. Außerdem sind bei gestapelten Switches keine Verbindungen über Glasfaser- oder Kupfer-Ports neben den Stacking-Ports erforderlich, da der Stack wie ein einziger Switch arbeitet. Das ist so, als ob man zwei Ports desselben Switches miteinander verbinden würde, was zu einer Schleife führen würde.

Schalter-Clustering

Ein Switch-Cluster bezieht sich auf eine Reihe von Switches, die über einen bestimmten Port oder einen gemeinsamen Benutzerport miteinander verbunden sind. In einem Switch-Cluster fungiert ein Switch als Cluster-Befehlsswitch, und die übrigen Switches spielen die Rolle von Cluster-Member-Switches. Der Cluster-Befehlsswitch verwaltet die Switches der Cluster-Mitglieder. Zur Erinnerung! Nicht alle Switches sind für die Bildung von Clustern ausgelegt, und nur clusterfähige Switches desselben Herstellers können geclustert werden.

Was ist die bevorzugte Methode, um mehrere Ethernet-Switches zu verbinden?

Stapeln vs. Kaskadieren. Kaskadierungt

Der offensichtlichste Unterschied zwischen Stacking und Kaskadierung besteht darin, dass die stapelbaren Switches gestapelt werden können, während fast alle Arten von Switches verschiedener Hersteller kaskadiert werden können. Um einen "Stack" zu erstellen, werden in den meisten Fällen Switches desselben Typs oder zumindest desselben Herstellers benötigt.
In einem Switch-Stack ist die Portdichte die Summe aller beteiligten Switches, und auch die Bandbreite ist die Summe der Bandbreiten aller beteiligten Switches. Bei einer Kaskadierung bleibt die Bandbreite unverändert. Außerdem besteht in Fällen, in denen nur eine Route zwischen kaskadierten Switches existiert, die Möglichkeit von Überlastungen. Beim Stacking können wir den gesamten Stack konfigurieren und verwalten. Wenn wir einen Switch konfigurieren, wird die Änderung auf jeden anderen am Stack beteiligten Switch übertragen, was viel Zeit spart. Bei einer Switch-Kaskade hingegen müssen Sie jeden Switch einzeln konfigurieren und verwalten.

Switch Stacking vs. Clustering Clustering

Clustering und Stacking sind sehr verbreitet, da beide mit einer einzigen IP-Adresse arbeiten und die teilnehmenden Switches als Ganzes konfiguriert werden. Daher sind sowohl Clustering als auch Stacking gute Optionen, wenn Sie die Verwaltung vereinfachen wollen.
Im Gegensatz zum Clustering ist das Stacking möglicherweise etwas einfacher zu konfigurieren, da der Stack automatisch erkennen kann, wenn ein neues Mitglied dem Stack beitritt. Außerdem werden die einzelnen Stack-Mitglieder über eine einzige Konfigurationsdatei verwaltet. Andererseits haben die Mitglieder eines Clusters separate Konfigurationsdateien. Beim Clustering muss jeder neue Switch manuell zum Cluster hinzugefügt werden.
Was die Entfernung betrifft, so befinden sich physisch gestapelte Switches in der Regel im selben Rack, und virtuell gestapelte Switches können an verschiedenen Standorten eingesetzt werden. Switch-Clustering bietet jedoch mehr Flexibilität, da wir geclusterte Switches an verschiedenen Standorten auf Layer 2 oder Layer 3 einsetzen können.

Fazit:

Die Kaskadierungstechnologie ermöglicht die Verbindung zwischen verschiedenen Switches. Die Stacking-Technologie ermöglicht es mehreren Switches, sich zu einer Einheit zusammenzuschließen und als solche zu arbeiten, was die Leistung und die Portdichte verbessert. Die Cluster-Technologie ermöglicht es uns, mehrere geclusterte Switches als ein einziges logisches Gerät zu verwalten, was zur Vereinfachung der Netzwerkverwaltung und zur Kostensenkung beiträgt.
Die Konzepte der Kaskadierung und des Stacking sind unterschiedlich und doch verwandt. Der Unterschied liegt im Einsatz der teilnehmenden Switches, denn bei der Kaskadierung können die Switches weit voneinander entfernt aufgestellt werden, während wir mehrere gestapelte Switches nicht weit voneinander entfernt platzieren können (der Abstand beträgt in der Regel nur wenige Meter). Für die Kaskadierung können Standard-Ports verwendet werden, während für das Stacking spezielle Stack-Kabel und dedizierte Stack-Module eingesetzt werden. Stacking kann auch als eine spezielle Form der Kaskadierung bezeichnet werden.
Im Allgemeinen können Switches verschiedener Hersteller und anderer Modelle nicht gestapelt, sondern kaskadiert werden. Für das Stacking werden in der Regel identische Switches oder Switches desselben Herstellers benötigt. Eine Kaskadierung ist über einfache Verbindungen zwischen Switches möglich. Eine Kaskadierung bringt jedoch keine höhere Bandbreite. Stacking bietet eine Erhöhung der Systembandbreite und der Portdichte.