Switching Grundlagen - Wie Switches Daten im Netzwerk weiterleiten

02.08.2026 · 4 Min. Lesezeit

Einleitung

Switches verbinden Endgeräte innerhalb eines lokalen Netzwerks und sorgen dafür, dass Daten effizient an den richtigen Empfänger weitergeleitet werden. Ohne Switches wären heutige Unternehmensnetzwerke mit hunderten oder tausenden Geräten kaum denkbar.

In diesem Artikel lernen wir, wie Switches arbeiten, wie sie MAC-Adressen erlernen und wie sie Ethernet-Frames weiterleiten.

Was ist ein Switch?

Ein Switch ist ein Netzwerkgerät, das hauptsächlich auf Layer 2 (Data Link Layer) des OSI-Modells arbeitet.

Seine Aufgabe besteht darin:

• Endgeräte miteinander zu verbinden
• Ethernet-Frames zu empfangen
• Zieladressen auszuwerten
• Frames an den korrekten Port weiterzuleiten

Anders als ein Hub sendet ein Switch Daten nicht an alle angeschlossenen Geräte, sondern nur an den tatsächlichen Empfänger.

Dadurch werden unnötige Übertragungen reduziert und die verfügbare Bandbreite effizient genutzt.

Hub vs. Switch

Früher wurden häufig Hubs eingesetzt.

Ein Hub besitzt keine Kenntnis über angeschlossene Geräte.

Empfängt ein Hub einen Frame, wird dieser an alle Ports weitergeleitet.

      Hub
       |
+------+------+------+
|      |      |      |
PC1   PC2   PC3   PC4

Jedes Gerät muss prüfen, ob der Frame überhaupt für es bestimmt ist.

Ein Switch arbeitet deutlich intelligenter:

      Switch
         |
+------+------+------+
|      |      |      |
PC1   PC2   PC3   PC4

Wird ein Frame von PC1 an PC3 gesendet, leitet der Switch diesen ausschließlich an den Port von PC3 weiter.

Dies reduziert den Netzwerkverkehr erheblich.

Die MAC-Adress-Tabelle

Damit ein Switch weiß, an welchem Port sich ein Gerät befindet, führt er eine sogenannte MAC-Adress-Tabelle.

Diese enthält Zuordnungen zwischen:

• MAC-Adresse
• Switch-Port

Beispiel:

Anhand dieser Tabelle kann der Switch entscheiden, wohin ein Frame gesendet werden muss.

Wie lernt ein Switch MAC-Adressen?

Switches lernen MAC-Adressen automatisch.

Der Lernprozess erfolgt in drei Schritten:

Schritt 1: Frame empfangen

Ein Frame trifft an einem Port ein.

Beispiel:

Quelle: 00:11:22:33:44:55
Ziel:   00:11:22:33:44:77

Schritt 2: Quelladresse speichern

Der Switch speichert die Quell-MAC-Adresse zusammen mit dem Eingangsport.

Beispiel:

00:11:22:33:44:55 → ge-0/0/1

Schritt 3: Zieladresse suchen

Anschließend prüft der Switch, ob die Zieladresse bereits bekannt ist.

• Bekannt → gezielte Weiterleitung
• Unbekannt → Flooding

Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich.

Unknown Unicast Flooding

Was passiert, wenn die Ziel-MAC-Adresse noch nicht bekannt ist?

In diesem Fall führt der Switch ein sogenanntes Unknown Unicast Flooding durch.

Beispiel:

PC1 → PC3

Die Adresse von PC3 befindet sich noch nicht in der MAC-Tabelle.

Der Switch sendet den Frame daher an alle Ports außer dem Eingangsport.

          Switch
        /    |    \
      PC2   PC3   PC4

Sobald PC3 antwortet, lernt der Switch dessen MAC-Adresse.

Zukünftige Frames können anschließend gezielt weitergeleitet werden.

Frame Forwarding

Kennt der Switch die Zieladresse, erfolgt die Weiterleitung direkt.

Beispiel:

00:11:22:33:44:77 → ge-0/0/3

Der Frame wird ausschließlich an Port ge-0/0/3 gesendet.

Dies nennt man Forwarding.

Vorteile:

• Weniger Netzwerklast
• Höhere Performance
• Bessere Skalierbarkeit

Broadcast-Verkehr

Bestimmte Frames müssen an alle Geräte innerhalb eines Broadcast-Domäne gesendet werden.

Beispiele:

• ARP Requests
• DHCP Discover
• Einige Netzwerkprotokolle

Broadcast-Adresse:

FF:FF:FF:FF:FF:FF

Switches flooden Broadcast-Frames grundsätzlich an alle Ports innerhalb des VLANs.

MAC Aging

Geräte können entfernt oder umgesteckt werden.

Deshalb behalten Switches gelernte MAC-Adressen nicht dauerhaft.

Jeder Eintrag besitzt einen Timer.

Wird innerhalb einer bestimmten Zeit kein weiterer Frame von dieser MAC-Adresse empfangen, entfernt der Switch den Eintrag automatisch.

Dieser Vorgang wird als MAC Aging bezeichnet.

Collision Domains

In Hub-basierten Netzwerken teilten sich alle Geräte dieselbe Collision Domain.

Dadurch konnten Kollisionen auftreten.

Mit Switches besitzt jeder Port eine eigene Collision Domain.

Vorteile:

• Keine Kollisionen
• Vollduplex-Kommunikation
• Höhere Bandbreite pro Gerät

Deshalb haben Hubs heute praktisch keine Bedeutung mehr.

Broadcast Domains

Eine häufige Verwechslung besteht zwischen Collision Domains und Broadcast Domains.

Collision Domain

Bereich, in dem Kollisionen auftreten können.

Bei Switches:

• Ein Port = eine Collision Domain

Broadcast Domain

Bereich, in dem Broadcasts verteilt werden.

Ohne VLANs:

• Gesamter Switch = eine Broadcast Domain

Mit VLANs:

• Jedes VLAN = eigene Broadcast Domain

Dieses Konzept wird im nächsten Artikel besonders wichtig.

Store-and-Forward Switching

Moderne Switches verwenden überwiegend das Store-and-Forward-Verfahren.

Dabei wird zunächst der komplette Frame empfangen.

Anschließend:

1. FCS prüfen
2. Fehler erkennen
3. Zielport bestimmen
4. Frame weiterleiten

Vorteile:

• Fehlerhafte Frames werden verworfen
• Höhere Stabilität

Cut-Through Switching

Einige Hochleistungsswitches unterstützen zusätzlich Cut-Through Switching.

Dabei beginnt die Weiterleitung bereits, sobald die Ziel-MAC-Adresse gelesen wurde.

Vorteile:

• Sehr geringe Latenz

Nachteile:

• Fehlerhafte Frames können weitergeleitet werden

In Enterprise-Netzwerken wird daher meist Store-and-Forward verwendet.

Zusammenfassung

Switches bilden das Herzstück moderner LAN-Netzwerke. Durch das automatische Lernen von MAC-Adressen können sie Ethernet-Frames gezielt weiterleiten und den Netzwerkverkehr erheblich reduzieren.

Die wichtigsten Konzepte dieses Artikels waren:

• MAC Learning
• MAC-Adress-Tabelle
• Flooding
• Forwarding
• Broadcasts
• Collision Domains
• Broadcast Domains
• Store-and-Forward Switching

Diese Grundlagen sind essenziell für das Verständnis der nächsten Themen wie VLANs, Trunking und Spanning Tree.