Managed und Unmanaged Switches für die Industrie: Unterschiede und Auswahl für Ihr Netzwerk

27/02/2025 Ethernet Switches 215 Views

IIoT, Smart Factory oder Industrie 4.0: Netzwerke sind ein Schlüssel zur Digitalisierung und bilden das Rückgrat moderner Fertigungs- und Automatisierungsprozesse. Entsprechend wichtig ist die Auswahl dafür geeigneter Geräte. Mit diesem Blogbeitrag nehmen wir Managed und Unmanaged Switches in den Fokus – ihre Gemeinsamkeiten und Unterschiede, Einsatzbereiche, Faktoren für die Auswahl und aktuelle Entwicklungen.

Was ist ein Switch und wie unterscheiden sich Managed und Unmanaged Switches?

Ein Switch verbindet mehrere Netzwerkgeräte und ermöglicht damit den Datenaustausch. Dabei leitet der Switch ankommende Datenpakete basierend auf MAC-Adressen (Media Access Control) gezielt an das richtige Gerät weiter.

Switches lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Unmanaged Switches, die Datenpakete automatisch verteilen, ohne Möglichkeiten oder Funktionen für die Konfiguration und Überwachung, sowie Managed Switches. Diese bieten umfassende Verwaltungsfunktionen für ein optimiertes Netzwerkmanagement. Sie verfügen oftmals über ein Netzwerk-Interface, über das sie komfortabel eingerichtet und gesteuert werden können.

Außerdem gibt es als Smart Switches oder Web-Smart Switches bezeichnete Geräte. Sie haben in der Regel gegenüber Unmanaged Switches erweiterte Funktionen für das Netzwerk-Management und können über eine Web-Oberfläche konfiguriert werden. Dabei sind die Möglichkeiten gegenüber Managed Switches aber eingeschränkt. Sie werden deshalb auch als Light Managed Switches bezeichnet.

Was unterscheidet Switch, Router und Gateway?

Im Gegensatz zu einem Router verbinden Switches Geräte innerhalb eines lokalen Netzwerks, zum Beispiel verschiedene Maschinen innerhalb einer Produktionshalle. Router stellen dagegen die Verbindung zwischen verschiedenen Netzwerken her – also zum Beispiel zwischen einem internen LAN-Netzwerk und dem Internet. Dabei handelt es sich jeweils um verschiedene Schichten des OSI-Modells (Open Systems Interconnection Model). Switches arbeiten in der Regel auf der Sicherungs- oder Datenverbindungsschicht Layer 2, während Router auf der Netzwerkschicht (Layer 3) agieren.

Gateways sind eine weitere Art von Layer 3 Netzwerkgeräten. Sie übersetzen die Datenformate oder Protokolle zwischen unterschiedlichen Netzwerken, zum Beispiel zwischen IP- und Modbus-Netzwerken. Je nach Protokoll können sie dabei noch auf weitere Layer zugreifen, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Protokollen und Anwendungen zu ermöglichen.

Die Abgrenzung der Geräteklassen ist jedoch nicht trennscharf – so gibt es zum Beispiel auch spezielle Layer-3-Switches, die neben der klassischen Switching-Funktion auf der Datenverbindungsschicht auch Daten zwischen verschiedenen Netzwerken austauschen können.

Managed und Unmanaged Switches: Vorteile und Nachteile im Industrieeinsatz

In der Regel werden in größeren Netzwerken sowohl Managed als auch Unmanaged Switches installiert, die jeweils unterschiedliche Anwendungen übernehmen. Dabei spielen die Geräte eine wichtige Rolle für Industrie- und Produktionsanlagen, weil sie die flexible Einrichtung und skalierbare Erweiterung von Netzwerken ermöglichen.

→→ Einfache und effiziente Vernetzung mit unverwalteten Switches

Unmanaged Switches, auch unverwaltete Switches genannt, verteilen Datenpakete ohne Konfigurationsmöglichkeit. Sie sind kostengünstig und können einfach und schnell per plug-and-play installiert werden. Die Geräte haben einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch und keinen Administrationsbedarf. Allerdings unterstützen sie auch keine Netzwerksegmentierung mit virtuellen LANs (VLAN) oder Verfahren zur Priorisierung von Datenströmen. Außerdem ermöglichen Unmanaged Switches keine Überwachung oder Fehlerdiagnose.

Einsatzbereiche von Unmanaged Switches

In Produktionsanlage und in der Industrie werden unverwaltete Switches insbesondere in kleineren bis mittelgroßen Netzwerken eingesetzt, in denen keine besonderen Sicherheits- und Echtzeitanforderungen bestehen. Typische Anwendungen sind die Anbindung von Sensoren und Maschinen an das Netzwerk.

→→ Managed Switches: Kontrolle und Sicherheit im Netzwerk

Managed Switches werden auch als verwaltete Switches bezeichnet und ermöglichen ein optimiertes Netzwerkmanagement und umfassende Kontrolle über Datenübertragung und Zugriff auf die Daten. Netzwerkadministratoren können Switches und deren Status überwachen, erhalten umfassende Statistiken zu Netzwerkverbindungen, Auslastung und Kapazität, Fehlern und Port-Status. Diese Informationen können in der Regel per Befehlszeile oder Web-Interface abgefragt und angepasst werden.

Wichtige Funktionen für verwaltete Switches:

Netzwerksegmentierung mit VLANs
Virtual Local Area Networks (VLANs) ermöglichen die Unterteilung eines physischen Netzwerks in mehrere logische Netzwerke. Dadurch lassen sich Gerätegruppen isolieren, um den Datenverkehr zu optimieren und die Sicherheit zu erhöhen. Beispielsweise können Produktionsmaschinen in einem eigenen VLAN agieren, getrennt vom Unternehmensnetzwerk. Das schützt die Produktionskommunikation und minimiert das Risiko von Cyberangriffen mit Auswirkungen auf die Produktion.

QoS (Quality of Service) zur Priorisierung wichtiger Daten
QoS sorgt dafür, dass kritische Datenpakete bevorzugt behandelt werden. In Industrieumgebungen kann dies z. B. bedeuten, dass Steuerungsbefehle oder Sensordaten Vorrang vor weniger zeitkritischen Daten wie zum Beispiel für die Bürokommunikation erhalten. Dies verbessert die Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzwerks.

Fehlerdiagnose und -überwachung mit SNMP/NMS
Managed Switches bieten Funktionen wie SNMP (Simple Network Management Protocol) und NMS (Network Management System) zur Überwachung des Netzwerkverkehrs und Port-Mirroring, um verdächtige oder fehlerhafte Verbindungen zu analysieren. Fehler können so frühzeitig erkannt und Ausfallzeiten reduziert werden. Der Zugriff erfolgt dabei oft bequem per Web-Oberfläche mit grafischem Benutzerinterface.

Redundanzmechanismen – STP / RSTP / MSTP
Techniken wie das Spanning Tree Protocol (STP) ermöglichen redundante Verbindungen zwischen Netzwerkgeräten, um die Ausfallsicherheit zu erhöhen. Dabei wird gleichzeitig sichergestellt, dass zwischen zwei Geräten immer nur ein aktiver Datenpfad besteht; so können Datenpakete eindeutig geroutet werden. Im Fall eines Leitungsausfalls wird automatisch auf eine alternative Verbindung umgeschaltet. Das im Deutschen Spannbaum-Protokoll genannte Verfahren gibt es auch in der weiterentwickelten Variante Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) und als Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), das den Spanning Tree im Zusammenhang mit VLANs um weitere STP-Instanzen erweitert. Zudem gibt es Hersteller-eigene Redundanzmechanismen wie das von Advantech genutzt X-Ring-Pro, das eine sehr schnelle Wiederherstellungszeit der Netzwerkverbindung von unter 20 ms ermöglicht.

Sicherheitsfunktionen
Managed Switches unterstützen Port-Security, um unbefugte Geräte zu blockieren und bieten Zugriffskontrollen wie 802.1X-Authentifizierung. Damit kann sichergestellt werden, dass nur autorisierte Geräte Zugang zum Netzwerk erhalten. Erweiterte Funktionen ermöglichen auch die Begrenzung der Anzahl von Geräten und MAC-Adressen pro Port.

Darüber hinaus bieten Managed Switches in der Regel herstellereigene Tools für die Konfiguration und Überwachung. Ein Beispiel ist das von Advantech genutzte IXM (Intelligent Xpress Management) zur schnellen und einfachen Bereitstellung und Administration von Netzwerken.

Wo werden in Industrie- und Produktionsanlagen Managed Switches installiert?
Verwaltete Switches kommen insbesondere für komplexe Netzwerke in der Produktion, in der Logistik oder Energieversorgung zum Einsatz – insbesondere, wenn dabei Geräte mit sicherheitskritischen Anwendungen integriert werden sollen. Außerdem werden sie verwendet, um Fernzugriff, Monitoring und Wartung für Netzwerke zu ermöglichen.

Auf einen Blick: Managed und Unmanaged Switches im Vergleich

Auswahlkriterium	Unmanaged Switch	Managed Switch
Installation	einfach	anspruchsvoll
Konfigurierbarkeit	keine	hoch
Skalierbarkeit	begrenzt	sehr gut
Sicherheit	gering	hoch
Netzwerküberwachung	keine	sehr gut
Kosten	gering	höher

Welche Schnittstellen bieten Switches?

Umfassende Konnektivität ist eine Hauptaufgabe von verwalteten und unverwalteten Switches. Dabei unterstützen sie je nach Anwendung verschiedene Schnittstellen und unterschiedlich viele Ports – es gibt Switches mit lediglich ein oder zwei Ausgängen ebenso wie Switches mit über 20 Anschlüssen. Die gängigsten Schnittstellen für industrielle Netzwerk-Switches sind:

Ethernet
Von Standard 10/100 Mbps bis hin zu 2,5 Gbit Übertragungsgeschwindigkeit. Ausgewählte Switches unterstützen auch Power over Ethernet (PoE) zur Stromversorgung der angeschlossenen Peripheriegeräte.

Glasfaser-Ports
Über Lichtwellenleiter lassen sich große Datenmengen in hoher Geschwindigkeit und über große Distanzen übertragen. Dafür verfügen Switches über SFP-Ports (Small Form-factor Pluggable).

Serielle Schnittstellen
Einige Switches ermöglichen über RS-232/RS-485 den Anschluss von Steuerungssystemen mit serieller Schnittstelle.

Je nach Einsatzbereich kommen für die Schnittstellen z. B. für Ethernet Standard RJ45-Konnektoren oder M12-Steckverbinder zum Einsatz, die vibrationssichere Verbindungen in rauen Umgebungen oder Fahrzeugen ermöglichen.

Welche Anforderungen und Zertifizierungen müssen industrial Switches erfüllen?

Gegenüber Switches für private Netzwerke und Heimanwendungen müssen Switches in Industrieanlagen, Produktionshallen und Forschungseinrichtungen oft auch in schwierigen Betriebsbedingungen zuverlässig funktionieren – über lange Zeiträume und ohne Wartungsbedarf. Deshalb kommen in der Industrie häufig Switches zum Einsatz, die in einem erweiterten Temperaturbereich eingesetzt werden können und mit robusten Gehäusen auch widrigen Umständen trotzen.

Redundante Stromversorgung und flexible Montage
Um eine hohe Ausfallsicherheit zu gewährleisten, unterstützen viele Geräte eine redundante Stromversorgung und eine breite Betriebsspannung. Für die Montage in Schaltschränken gibt es Switches für die Hutschienenmontage. Andere Geräte können direkt an der Wand oder dank besonders flacher Bauweise in Fahrzeugdecken oder Schränken eingebaut werden. Viele Switches unterstützen sowohl die Schaltschrank- als auch die Wand- oder Deckenmontage.

Typische Zertifizierungen und Normen für Switches

IP-Schutzklassen: Gehäuse mit Schutz vor mechanischen Einflüssen (z. B. IP30 / IP40) sowie vor Staub und Wasser (z. B. IP 67)
IEC61850: Industriestandard für Energieversorgungsnetze
EN50155 / EN50121 / EN45545 / EN61373: Normen für den Einsatz in Schienenfahrzeugen und Bahnanwendungen / Infrastruktur

Darüber hinaus sind industrietaugliche Switches in der Regel gemäß elektromagnetischer Verträglichkeit (EMC) sowie gemäß weiterer Industrienormen für die Unempfindlichkeit gegenüber Schock und Vibration getestet.

Aktuelle Entwicklungen und neue Technologien rund um Switches und Netzwerktechnik

Die Digitalisierung schreitet immer weiter fort – und mit ihr die Anforderungen an Switches als Netzwerkinfrastruktur. Dazu gehört beispielsweise die Unterstützung für Time-Sensitive-Networking (TSN) und Echtzeit-Datenübertragung. Das erfordert präzise Zeitstempel und Synchronisierung innerhalb des Netzwerks, sowie Möglichkeiten für die Priorisierung kritischer Datenpakete. Gleichzeitig steigert die Integration der kritischen Kommunikation in Ethernet-Netzwerke aber auch die Flexibilität und reduziert den Aufwand für Installation und Verwaltung des Netzwerks, weil alle Daten über ein gemeinsames Netzwerk verwaltet werden. Diese Verbindung klassischer Unternehmensnetze (IT) mit industriellen Steuerungssystemen (OT) ist eine häufige Anforderung für Industrie 4.0 und Smart Factory.

Weitere Entwicklungen im Bereich von Netzwerken und Switches sind die Integration von immer mehr Edge-Computing-Anwendungen mit intelligenten Funktionen sowie die Kombination kabelgebundener und drahtloser Netzwerke wie WiFi oder 5G. Dies spielt insbesondere eine Rolle, wenn Produktionsanlagen flexibel gestaltbar sein sollen und mobile Roboter oder Arbeitsgeräte zum Einsatz kommen. Die Art der Netzwerkgeräte, der notwendige Datendurchsatz und Anforderungen wie TSN und Priorisierung nehmen dabei auch Einfluss auf die Wahl der Switches bzw. weiterer notwendiger Geräte für die Netzwerk-Infrastruktur, wie Router oder Gateways.

Künstliche Intelligenz spielt in Netzwerken ebenfalls eine Rolle – einerseits, weil immer mehr Netzwerkgeräte KI-Modelle ausführen und dazu entsprechend schnelle Datenverbindungen erfordern und andererseits, weil KI Chancen für proaktive Fehlererkennung und automatische Optimierung von Netzwerken ermöglicht. Mit automatisierter Netzwerkkonfiguration, Predictive Maintenance und KI-basierter Datenpaket-Analyse und Anomalie-Erkennung kann der Aufwand für die Installation, Überwachung und Wartung der Netzwerke reduziert und gleichzeitig die Sicherheit und Effizienz gesteigert werden.

Für welche Netzwerk-Anforderungen benötigen Sie den passenden Switch?

Industrieanlage, Forschungseinrichtung oder Bahnanwendung: Jedes Netzwerk und jeder Einsatzbereich stellt unterschiedliche Anforderungen an die Netzwerkgeräte. Das gilt auch für Managed und Unmanaged Switches. Die Auswahl der passenden Geräte kann dabei Kosten sparen und den Aufwand für Installation und Verwaltung reduzieren. Die Geräte müssen gleichzeitig aber auch künftige Anforderungen, Erweiterbarkeit und besondere Netzwerkteilnehmer berücksichtigen, zum Beispiel mit sicherheitskritischen Funktionen.

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