Forwarding-Tabelle
Eine Forwarding-Tabelle, auch als MAC-Adresstabelle bezeichnet, ist eine essenzielle Datenstruktur in Netzwerkswitches, die verwendet wird, um den Netzwerkverkehr effizient zu leiten. In diesem Dokument werden die Grundlagen, die Funktionsweise und die Bedeutung von Forwarding-Tabellen ausführlich erläutert.
Grundlagen
Was ist eine Forwarding-Tabelle?
Eine Forwarding-Tabelle ist eine interne Datenstruktur eines Netzwerkswitches, die MAC-Adressen (Media Access Control) und die zugehörigen Ports speichert. Diese Tabelle ermöglicht es dem Switch, eingehende Datenpakete effizient an den richtigen Ausgangsport weiterzuleiten.
Warum ist eine Forwarding-Tabelle wichtig?
Forwarding-Tabellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Netzwerkkommunikation, da sie:
- Effiziente Paketweiterleitung: Verhindern, dass Datenpakete an alle Ports gesendet werden, was zu weniger Netzwerkverkehr und Kollisionen führt.
- Netzwerkleistung verbessern: Durch gezielte Weiterleitung wird die Bandbreitenausnutzung optimiert.
- Sicherheit erhöhen: Unerwünschter Netzwerkverkehr wird reduziert, da Pakete nur an den vorgesehenen Empfänger weitergeleitet werden.
Funktionsweise
Aufbau einer Forwarding-Tabelle
Eine typische Forwarding-Tabelle enthält folgende Informationen:
- MAC-Adresse: Die eindeutige Hardware-Adresse eines Netzwerkgeräts.
- Portnummer: Der Port des Switches, über den die MAC-Adresse erreichbar ist.
- Eintragungszeitpunkt: Der Zeitpunkt, zu dem der Eintrag in die Tabelle aufgenommen wurde.
- Alterungszeit: Die Zeitspanne, nach der ein Eintrag gelöscht wird, wenn keine Aktivität festgestellt wird.
Lernmechanismus
Ein Switch lernt die MAC-Adressen, indem er die Quell-MAC-Adresse jedes empfangenen Pakets liest und speichert. Wenn ein Paket an eine bestimmte MAC-Adresse gesendet wird, prüft der Switch seine Forwarding-Tabelle:
- Eintrag vorhanden: Das Paket wird an den entsprechenden Port weitergeleitet.
- Eintrag nicht vorhanden: Das Paket wird an alle Ports (außer dem Eingangsport) gesendet (Broadcast).
Alterungsprozess
Einträge in der Forwarding-Tabelle haben eine begrenzte Lebensdauer, die als Alterungszeit bezeichnet wird. Wenn während dieser Zeit kein weiteres Paket von der gespeicherten MAC-Adresse empfangen wird, wird der Eintrag gelöscht, um Speicherplatz für neue Einträge freizugeben und sicherzustellen, dass die Tabelle aktuell bleibt.
Beispiel
Angenommen, ein Switch hat die folgenden Einträge in seiner Forwarding-Tabelle:
| MAC-Adresse | Portnummer | Eintragungszeitpunkt | Alterungszeit |
|---|---|---|---|
| 00:14:22:01:23:45 | 1 | 10:00:00 | 300 Sekunden |
| 00:14:22:01:23:46 | 2 | 10:01:00 | 300 Sekunden |
Wenn der Switch ein Paket mit der Ziel-MAC-Adresse 00:14:22:01:23:45 empfängt, wird das Paket an Port 1 weitergeleitet. Wenn der Switch nach 300 Sekunden keine weiteren Pakete von 00:14:22:01:23:45 empfängt, wird dieser Eintrag gelöscht.
Test zur Bestimmung der Alterungszeit
Versuchsaufbau
- Die drei Rechner R1, R2 und R3 sind mit dem Switch verbunden.
- Wireshark ist auf allen Rechnern gestartet.
- Pings werden zwischen R1 und R2 gesendet, und die Zeitpunkte werden notiert.
- Der Verkehr wird für eine bestimmte Zeit gestoppt, dann werden erneut Pings zwischen R1 und R2 gesendet.
Aktionen
- Die Zeitpunkte der letzten und der ersten Pings nach der Pause werden notiert.
- Der Test wird mit verschiedenen Pausenlängen wiederholt (z.B. 1 Minute, 5 Minuten, 10 Minuten).
Begründung
Die Zeitspanne, nach der der Switch die Einträge aus der Forwarding-Tabelle löscht, ist die längste Pause, nach der die Pings zwischen R1 und R2 zunächst keine Antwort erhalten und danach wieder erfolgreich sind. Dies zeigt, dass der Switch die MAC-Adressen neu lernen musste.
Fazit
Forwarding-Tabellen sind ein wesentliches Element für die effiziente und effektive Funktion von Netzwerkswitches. Sie ermöglichen eine gezielte Weiterleitung von Datenpaketen, verbessern die Netzwerkleistung und erhöhen die Sicherheit. Das Verständnis und die Fähigkeit, die Funktionsweise dieser Tabellen zu testen, sind wichtige Fähigkeiten für Netzwerkadministratoren und IT-Profis.