Wir alle arbeiten tagtäglich mit Netzwerken, die auf unterschiedlichste Art und Weise miteinander verbunden sind. Damit die Rechner untereinander Informationen austauschen können, werden entsprechende Netzwerkgeräte benötigt. Die rudimentärste Form davon sind sogenannte Hubs. Hier erfahren Sie, wie ein Hub funktioniert und warum er einem Switch technisch unterlegen ist.
Ein Hub schickt Datenpakete immer an alle Ports, ein Switch leitet sie hingegen an einen oder mehrere bestimmte Ports weiter.
Durch den Broadcast der Datenpakete besteht theoretisch immer die Möglichkeit, dass diese mit recht geringem Aufwand von unbefugten Dritten abgefangen werden können.
Beim Hub handelt es sich um eine veraltete Technik die kaum noch Bedeutung hat. Daher setzt man sie in der Praxis fast ausschließlich zum Streamen von Media-Content ein.
Inhalt
1. Definition: Was ist ein Hub und wo wird er eingesetzt?
Ein Hub (Englisch für „Nabe“ oder „Knotenpunkt“) ist ein Netzwerkgerät, das mehrere Hosts innerhalb eines Ethernets miteinander verbindet. In der Netzwerktechnik dient er als Verteiler für die Datenpakete. Hubs arbeiten auf Schicht 1 (Bitübertragungsschicht) des OSI-Modells. Ihre Funktion ist rein auf das Verteilen beschränkt. Sie sind somit nichts anderes als eine einfache Form von Switches oder Routern.
Der Hub nimmt das Datenpaket entgegen und gibt es anschließend an alle seine Ports weiter.
Der Hub nimmt ein Paket entgegen und gibt es anschließend an alle anderen Ports weiter, er sendet also einen Broadcast. Somit erhalten alle Hosts die betreffenden Datenpakete, auch wenn sie eigentlich gar nicht der Empfänger sind. Das bedeutet, dass nicht nur sämtliche Ports, sondern gleichzeitig auch alle Host-Systeme belegt sind. Für die Hosts wiederum bedeutet das im Umkehrschluss, dass Sie solange keine Datenpakete senden können, wie der Hub zu Gange ist, da es ansonsten Kollisionen geben würde. Treffen zur gleichen Zeit Anfragen auf dem Gerät ein, arbeitet es diese nacheinander ab.
Alle am Hub angeschlossenen Host teilen sich die zur Verfügung gestellte Bandbreite (z.B. 100 Mbit/s). Das führt vor allem beim Hochladen großer Datenmengen zu Geschwindigkeitsverlusten. Ein Hub ist also eine eher veraltete Technik und eignet sich in der Praxis nur noch zum Streamen von Mediainhalten, da dabei ohnehin nur ein Sender an alle anderen Geräte übertragen soll.
Gut zu wissen: Sollte die Anzahl der Anschlüsse am Hub nicht für alle Hosts ausreichen, benötigen Sie einen weiteren Hub. Die Verbindung der beiden Geräte erfolgt mit einem Crossover-Kabel über einen der Uplink-Ports. Die Anzahl der anschließbaren Hosts ist allerdings begrenzt, da in diesem Fall die 5-4-3-Regel (auch Repeater-Regel genannt) greift.
2. Wie unterscheidet sich ein Hub von einem Switch?
Im Gegensatz zu einem Hub kann ein Switch nicht nur Daten zeitgleich senden und empfangen, sondern die Pakete auch mittels Uni- oder Multicast an verschiedenen Netzwerkgeräte weiterleiten. Der Traffic wird dabei allerdings ausschließlich an den Port gesendet, an dem der betreffende Empfänger angeschlossen ist.
Kommunizieren im Netz zwei Geräte miteinander, hat das keinerlei Einfluss auf die Sende- und Empfangsgeschwindigkeit der anderen Geräte. Während ein Hub die Bandbreite limitiert, steht beim Switch immer die volle Bandbreite der End-To-End-Verbindung zur Verfügung.
Ethernet-Switches arbeiten auf Schicht 2 (Sicherungsschicht) und 3 (Vermittlungsschicht) des OSI-Referenzmodells, das bedeutet, Sie unterstützen jedes Paketprotokoll. Durch die intelligente Übertragung von Datenpaketen eignen sich Switches daher auch für schnelle Weiterleitungen in großen Netzwerk-Architekturen. Aufgrund des höheren Funktionsumfanges sind Switches in der Regel allerdings deutlich teurer als Hubs.
Gut zu wissen: LANs („Local Area Networks“), in denen man Switches zum Verbinden einzelner Segmente verwendet, bezeichnet man auch als „Switched LANs“ oder „Switched Ethernet LANs“.
3. Hub vs Switch: Die Funktionsweise im Detail
Sowohl Hubs als auch Switches dienen als zentrales Kopplungselement für Ihre Netzwerkgeräte und verarbeiten einen bestimmten Datentyp, die sogenannten Frames. Diese sind für den Datentransport zuständig. Empfängt das Gerät einen Frame, wird dieser verstärkt und anschließend an den Port des Ziel-Hosts weitergeleitet.
Der grundlegende Unterschied zwischen Hub und Switch liegt in der Art und Weise, wie die Frames angeliefert werden.
Im Gegensatz zum Hub ist ein Netzwerk-Switch in der Lage zu unterscheiden, an welchen Empfänger das Datenpaket geliefert werden soll.
Ein Hub übergibt, wie eingangs schon erwähnt, die Frames an jeden seiner Ports, auch wenn diese nur für einen einzelnen Anschluss bestimmt sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass diese in jedem Fall das vorgesehen Ziel erreichen. Der Hub hat also keine Möglichkeit zu unterscheiden, an welchen Port genau das Datenpaket gesendet werden soll.
Genau dieser Umstand führt letztendlich zu den genannten Geschwindigkeitseinbußen und langsamen Antwortzeiten, da das Netzwerk (zusätzlich zur geteilten Bandbreite) auch noch mit unnötig viel Verkehr belastet wird. Zudem entstehen durch das Prinzip natürlich auch signifikante Sicherheitslücken.
Zur Erklärung ein simples Beispiel: Peter möchte seine Kollegin Anne zum Essen einladen und schickt eine E-Mail, die zuerst an den Hub weitergeleitet wird. Dieser sendet eine Anfrage an alle Hosts, darunter auch den von Tina aus der Buchhaltung, die schon länger ein Auge auf Peter geworfen hat. Der Rechner von Tina lehnt die Anfrage ab, der PC von Anne nimmt sie an. Mit entsprechenden IT-Kenntnissen hätte Tina dennoch die Möglichkeit, die Nachricht abzufangen und an Annes Stelle zum Date mit Peter zu erscheinen.
3.1. Auch der Switch ist im Grunde genommen ein Hub - allerdings viel schlauer
Im Unterschied dazu zeichnet ein Switch die MAC-Adressen aller daran angeschlossenen Geräte auf. Dank dieser Information kann er erkennen, welcher Host zu welchem Port gehört. Empfängt er einen Frame, weiß er also genau, an welchen Anschluss er diesen weitergeben muss. Auf diese Weise erzeugt im Prinzip jeder Port seine eigene Kollisionsdomäne.
In unserem Beispiel würde der Switch also die Nachricht von Peter direkt an den Computer von Anne weiterleiten. Das führt automatisch zu einer höheren Datensicherheit, da an den Rechner von Tina gar keine Anfrage erfolgt.
Gut zu wissen: Router bieten einen wesentlich größeren Funktionsumfang als Hubs oder Switches, darunter beispielsweise DHCP oder NAT. Damit erlauben sie auch die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerken.
Eine Übersicht über die verschiedenen Netzwerkgeräte finden Sie auch noch einmal im folgenden YouTube-Video:
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