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Definition Was ist der Unterschied zwischen Routing und Switching?

Zur Weiterleitung von Netzwerkdaten kommen Verfahren wie Routing und Switching zum Einsatz. Während Switching auf der Schicht zwei des ISO/OSI-Referenzmodells arbeitet und in Ethernet-basierten Umgebungen die MAC-Adressen der Datenframes auswertet, ist der Vorgang des Routings auf der Schicht drei angesiedelt und verwendet zur Wegfindung und Weiterleitung der Datenpakete die Layer-3-Adressen. In IP-basierten Netzen sind das die IP-Adressen.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
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(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

In Netzwerken müssen die Daten eines Senders den vorgesehenen Empfängern zugestellt werden. Das Routing und das Switching sind hierfür wichtige Grundfunktionen der aktiven Netzwerkkomponenten (Switches und Router). Die beiden Grundfunktionen sind im ISO/OSI-Referenzmodell auf verschiedenen Ebenen angesiedelt und unterscheiden sich hinsichtlich der Aufgaben und Funktionsweisen deutlich.

Während das Switching auf der Schicht zwei arbeitet und zur Weiterleitung der Datenframes die Layer-2-Adressen auswertet, nutzt das Routing zur Wegfindung und Weiterleitung die Layer-3-Adressen der Datenpakete. In Ethernet-basierten IP-Netzwerken handelt es sich bei den Layer-2-Adressen um die MAC-Adressen und bei den Layer-3-Adressen um die IP-Adressen. Das Routing kann Datenpakete über logische Netzwerkgrenzen hinweg weiterleiten und segmentiert Broadcast-Domänen. Mithilfe des Switchings werden Datenframes lokal im gleichen Netzwerk zugestellt und Kollisionsdomänen segmentiert. Die Topologie in einem aus mehreren Switchen bestehenden Layer-2-Netz lässt sich durch Verfahren wie Spanning Tree erfassen und schleifenfrei gestalten. Für das Routing kommen auf der Schicht drei statische Routen oder dynamische Routingprotokolle zur Wegfindung zum Einsatz.

Das ISO/OSI-Referenzmodell – Grundlage zur Erklärung der Unterschiede zwischen Switching und Routing

Die Grundlage zur Erklärung der genauen Funktionsweise und der Unterschiede zwischen dem Switching und dem Routing bildet das ISO/OSI-Referenzmodell, auch als ISO/OSI-Schichtenmodell bezeichnet. Es handelt sich um ein Referenzmodell zur Definition und Beschreibung der Kommunikation von Systemen über unterschiedliche Medien und Technologien hinweg.

Das Modell unterteilt die Kommunikation in insgesamt sieben verschiedene, hierarchisch aufeinander aufbauende Schichten (Layer). Jede Schicht hat für den Informationsaustausch der Systeme und die Übertragung der Daten bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Zwischen den darüber- und darunterliegenden Schichten existieren genau beschriebene Schnittstellen. Einzelne Zwischenschichten sind austauschbar, ohne dass andere Schichten davon betroffen sind. Übertragungsmedien, Netzwerkprotokolle und Anwendungsprotokolle sind dadurch prinzipiell beliebig ersetzbar.

Bei der Kommunikation zweier Systeme werden verschiedene Schichten des OSI-Modells beim Sender, beim Empfänger und bei den an der Kommunikation beteiligten Zwischenknoten durchlaufen. Für das Switching und Routing sind Aufgaben der Schicht zwei und der Schicht drei zu erfüllen.

Die Schicht zwei, auch Data Link Layer oder Sicherungsschicht genannt, ist für die zuverlässige und fehlerfreie Übertragung auf dem jeweiligen Medium verantwortlich. Bitströme der Schicht eins werden in Blöcke oder Frames unterteilt, mit Prüfsummen versehen und mit Layer-2-Adressen ausgestattet.

Die Schicht drei ist die Vermittlungs- oder Netzwerkschicht (Network Layer). Ihre Aufgabe ist es, optimale Wege im Netz zu finden und Datenpakete über die verschiedenen Netzwerkknoten bis zu ihrem Ziel weiterzuleiten. Die Datenpakete sind hierfür mit netzwerkweit eindeutigen Layer-3-Adressen ausgestattet, die von den Routern ausgewertet werden.

Wie funktioniert Switching in Ethernet-basierten LANs im Detail?

LANs arbeiten heute auf der Schicht eins und der Schicht zwei üblicherweise auf Basis des Ethernet-Standards. Das Ethernet-Protokoll unterteilt die Daten in Datenframes (Ethernet-Frames) und versieht sie mit den 48 Bit lange MAC-Adressen der Sende- und Empfangsgeräte sowie mit Prüfsummen.

Das Switching wertet die Sender- und Empfänger-MAC-Adressen der an einem Switch-Port empfangenen Datenframes aus und leitet die Frames an einen bestimmten Port weiter. Um den Ausgangsport zu bestimmen, erstellt der Switch eine Zuordnungstabelle, in der den MAC-Adressen die Ports zugeordnet werden, über die die Empfänger der Datenframes erreichbar beziehungsweise an denen sie angeschlossen sind. Diese Tabelle wird auch als MAC-Tabelle oder Forwarding Database (FDB) bezeichnet.

Die Einträge in der MAC-Tabelle werden vom Switch dynamisch gelernt und inaktive Einträge regelmäßig gelöscht. Datenframes mit unbekannten Adressen oder mit Broadcast-Adressen werden beim Switching an alle Ports weitergeleitet. Ist ein LAN redundant aufgebaut und besteht aus mehreren Switchen, müssen Schleifen (Loops) verhindert werden, um das endlose Kreisen von Datenframes oder Broadcast-Stürme zu verhindern. Protokolle wie das Spanning Tree Protocol (STP) bilden schleifenfreie Topologien mit Verbindungen in einer eindeutigen Baumstruktur.

Wie funktioniert Routing in IP-basierten Netzwerken im Detail?

Ein Großteil heutiger Netzwerke, darunter das Internet, arbeitet auf Basis von IP (Internet Protocol). Der Vorgang der Wegfindung von einem Sender zu einem Ziel und der Weiterleitung der IP-Datenpakete an den nächsten Zwischenknoten wird als Routing beziehungsweise als Routing und Forwarding bezeichnet.

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Maßgeblich für die Wegfindung und die Weiterleitung sind die IP-Adressen der Datenpakete. Die möglichen Wege zu einem bestimmten Ziel sind in so genannten Routingtabellen gespeichert. Sie werden über statische Einträge oder mithilfe von dynamischen Routingprotokollen wie RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First) oder BGP (Border Gateway Protocol) gebildet.

Empfängt ein Router ein IP-Paket, wertet er die Zieladresse des IP-Pakets aus. Anhand der Routingtabelle bestimmt er den nächsten Zwischenknoten für das IP-Paket und sendet es über eine vorhandene Verbindung dorthin. Die nächsten Zwischenknoten wiederholen diesen Vorgang des Routings und Forwardings solange, bis der Empfänger erreicht ist. Diese Art des Routings wird auch als Hop-by-Hop-Routing bezeichnet. Für die Wegfindung können neben den IP-Adressen weitere Kriterien wie festgelegte Verbindungskosten, Bandbreiten oder Verzögerungszeiten berücksichtigt werden.

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