====== Netzwerk-Grundlagen: Funktionsweise eines 5-Port-Gigabit-Switches ======

Diese Dokumentation beschreibt die Funktionsweise, Datenverteilung und Geschwindigkeitscharakteristika eines Standard 5-Port-Gigabit-Switches im lokalen Netzwerk (LAN).

===== 1. Datenverteilung (Unterschied zu Hubs) =====

Moderne Switches arbeiten auf **Layer 2 (Sicherungsschicht)** des OSI-Modells. Im Gegensatz zu veralteten Hubs, die eingehende Pakete per Broadcast an alle Ports kopieren, arbeitet ein Switch zielgerichtet über eine interne **MAC-Adresstabelle (CAM-Table)**.

  * **Lernphase:** Sobald ein Gerät ein Paket sendet, registriert der Switch dessen Quell-MAC-Adresse und den dazugehörigen physischen Port.
  * **Zielgerichtetes Forwarding:** Bei bekannten Ziel-MAC-Adressen wird das Paket exklusiv an den korrespondierenden Port weitergeleitet.
  * **Kollisionsdomänen:** Jeder Port stellt eine eigene Kollisionsdomäne dar. Datenströme zwischen unterschiedlichen Ports beeinflussen sich nicht gegenseitig.


===== 2. Grafische Darstellung der Datenströme =====

Die folgende schematische Darstellung zeigt, wie zwei separate Datenströme parallel und ohne gegenseitige Beeinflussung über die interne Vermittlungsstruktur (**Backplane**) verarbeitet werden.

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       +---------------------------------------------------------+
       |                  5-PORT GIGABIT SWITCH                  |
       |                                                         |
       |    [Port 1]      [Port 2]      [Port 3]      [Port 4]   |
       |       |             ^             |             ^       |
       |   +---|-------------|-------------|-------------|---+   |
       |   |   |             |             |             |   |   |
       |   |   +---> [A] ----+             |             |   |   |
       |   |     (1 Gbit/s Vollduplex)     |             |   |   |
       |   |                               |             |   |   |
       |   |                               +---> [B] ----+   |   |
       |   |                             (1 Gbit/s Vollduplex)   |
       |   |                                                 |   |
       |   +-------------------------------------------------+   |
       |        ^                                                |
       |        | (Backplane-Kapazität: 10 Gbit/s non-blocking)  |
       +--------|------------------------------------------------+
                |
             [Port 5] (Frei / Uplink zum Router)
</code>

  * **Datenstrom [A]:** Port 1 sendet exklusiv an Port 2 (z. B. PC an NAS) -> **1 Gbit/s**
  * **Datenstrom [B]:** Port 3 sendet exklusiv an Port 4 (z. B. Backup-Lauf an Server) -> **1 Gbit/s**
  * **Ergebnis:** Beide Verbindungen laufen simultan mit voller Leitungsgeschwindigkeit.
===== 3. Performance und Bandbreiten =====

==== 3.1. Geschwindigkeit pro Port ====
Die nominale Datenrate beträgt **1 Gbit/s** (Gigabit pro Sekunde). 
  * In der Praxis entspricht dies einer Netto-Übertragungsrate von ca. **110 bis 125 MB/s** (Megabyte pro Sekunde) nach Abzug des Protokoll-Overheads (Ethernet, IP, TCP).

==== 3.2. Vollduplex (Full-Duplex) ====
Alle modernen Ports unterstützen Vollduplex. Ein Port kann gleichzeitig mit 1 Gbit/s senden **und** mit 1 Gbit/s empfangen. Die aggregierte Bandbreite pro Port beträgt somit theoretisch **2 Gbit/s**.

==== 3.3. Backplane-Kapazität (Switching Fabric) ====
Ein voll-blockierungsfreier (non-blocking) 5-Port-Switch verfügt über eine interne Bandbreite von **10 Gbit/s**.

^ Anzahl Ports ^ Bandbreite pro Port (Vollduplex) ^ Erforderliche Backplane-Kapazität ^
| 5 | 2 Gbit/s (1 Rein + 1 Raus) | **10 Gbit/s** |

Dank dieser Dimensionierung kann der Switch alle Ports gleichzeitig unter Maximallast bedienen, ohne dass interne Verzögerungen auftreten.

===== 4. Engpässe und Überlastung (Flaschenhals-Szenario) =====

Ein Einbruch der Transferrate tritt dann auf, wenn die Datenströme **konvergieren** (mehrere Quellen wollen zum selben Ziel).

<code>
       +---------------------------------------------------------+
       |                  5-PORT GIGABIT SWITCH                  |
       |                                                         |
       |    [Port 1]      [Port 2]                    [Port 5]   |
       |     (PC 1)        (PC 2)                      (NAS)     |
       |       |             |                           ^       |
       |       | 1 Gbit/s    | 1 Gbit/s                  |       |
       |       v             v                           |       |
       |   +---------------------------------------------|---+   |
       |   |   |             |                           |   |   |
       |   |   +======>>=====+==== FLASCHENHALS ===>>>===+   |   |
       |   |                      Max. 1 Gbit/s Gesamt       |   |
       |   +-------------------------------------------------+   |
       +---------------------------------------------------------+
</code>

**Erklärung:**
Wenn **PC 1 (Port 1)** und **PC 2 (Port 2)** gleichzeitig mit maximaler Geschwindigkeit Daten auf das **NAS (Port 5)** schreiben, limitiert die physikalische Bandbreite des Ziel-Ports (1 Gbit/s). Die Datenrate teilt sich im Switch auf (z. B. jeweils ca. **500 Mbit/s** bzw. **~60 MB/s** pro PC).

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{{tag>cli network switch}}

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