Grundlagen und Funktionsprinzipien
Ein Switch fungiert als Verteiler für Datenpakete. Er arbeitet im Gegensatz zu einem Hub (Schicht 1) auf der OSI-Schicht 2 oder 3 und ist damit in der Lage, logische Entscheidungen bezüglich des Pakets zu treffen. Die wichtigste Entscheidung ist, dass ein Switch anhand der MAC-Adresse den korrekten Port erkennen kann, an den das Paket geschickt werden soll. Dazu "lernt" jeder Switch die MAC-Adressen der Geräte, die an seinen Port angeschlossen sind, und legt diese MACs in einer Tabelle (Source-Address-Table - SAT) ab.
Früher war der Speicherplatz pro Port oft auf wenige Einträge begrenzt; wenn man weitere Switches an einen Port anschloss, konnten die Tabellen überlaufen. Mittlerweile sind 4096 und mehr Speicherplätze selbst bei kleinen Switches die Regel. Wer sehr große Netze verwaltet, sollte dennoch auf ausreichend große Source- Address-Tabellen achten.
Intern verfügen Switches über eine Kreuzmatrix, sodass jeder Port direkt mit jedem anderen Port verbunden werden kann. Nach der Analyse der MAC-Adresse verbindet der Switch Ausgangs- und korrekten Ziel-Port miteinander und sendet das Paket dorthin, ohne Bandbreite der anderen Ports in Anspruch zu nehmen. Wie der Switch das macht, ist für die Geschwindigkeit des Vorgangs verantwortlich.
Die einfachste Methode ist Store-and-Forward. Bei ihr wird das komplette Datenpaket entgegengenommen, gespeichert und dann analysiert. Nachdem der Ziel-Port ermittelt wurde, berechnet der Switch noch eine Prüfsumme und vergleicht sie mit dem CRC-Wert im Paket. Ist sie korrekt, wird das Paket weitergeleitet. Die Größe des Pakets führt zu unterschiedlichen Latenzzeiten; deren Obergrenze wird durch die MTU festgelegt.
Jeder Switch beherrscht Store-and-Forward, die meisten günstigen Einstiegs-Switches arbeiten aber nur mit dieser Methode. Eine Variation davon ist die Fragment-Free-Methode, die prüft, ob das eingehende Paket mindestens 64 Bit lang ist. Kleinere Pakete werden verworfen, es handelt sich dabei in der Regel um fehlerhafte Fragmente aufgrund einer Kollision. Auf die Kontrolle der Checksumme wird verzichtet, das beschleunigt das Switching ein wenig. Besitzen Sender und Empfänger unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten, Medien oder Duplex-Einstellungen, ist Store-and-Forward ebenfalls die einzig mögliche Technik, da Pakete vor und während der Übertragung zwischengespeichert werden müssen.