14.05.2022 — 16:00 Uhr | Geschätzte Lesedauer: 5 Minuten
Einleitung
In einem Netzwerk gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte, die alle ihren ganz eigenen Zweck erfüllen. Sie kommunizieren drahtlos über Wi-Fi und Bluetooth oder kabelgebunden miteinander. Um komplexe Netzwerk Strukturen aufbauen zu können, bedarf es bestimmter Netzwerkgeräte, mit denen bspw. eine Stern-Topologie umgesetzt werden kann.
Zudem möchte man häufig nicht nur im lokalen Netzwerk also im Laden die gerät miteinander reden lassen, sondern auch andere Endpunkte im großen weiten Internet erreichen zur Umsetzung dieser ambitionierten Ziele gibt es eine Reihe bekannter Netzwerkgeräte, von denen du bestimmt schon gehört und die du ggf. sogar in deinem eigenen Heimnetzwerk verbaut hast: Hubs, Switche und Router.
In diesem Beitrag möchte ich dir erklären wie sich die arbeitsweise dieser Geräte voneinander unterscheiden und wann man was sinnvollerweise nutzen sollte, beginnen wir mit den primitivsten dieser drei Geräte.
Der HUB
Hierbei handelt es sich um einen nicht wirklich intelligentes Netzwerkgerät, das auf der physikalischen Schicht also Schicht-1 des Internetschichtenmodells arbeitet. Hubs werden zum Verbinden von Netzwerksegmenten in einem LAN genutzt, doch was soll daran bitte nicht intelligent sein?
Nun der Dienst, den ein Hub zur Verfügung stellt, ist sehr wohl intelligent doch die funktionsweise des Geräts also wie genau es die Kommunikation einzelner Netzwerkgeräte untereinander ermöglicht ist ziemlich simpel gestrickt.
Kommt eine Nachricht an einem der Ports des Hubs an, wird sie einfach per Broadcast an alle Teilnehmer Netzwerks geschickt. Den Hub kümmert es überhaupt nicht, an wen genau eine Nachricht adressiert wurde, er schickt sie einfach an alle, die mit ihm verbunden sind, denn so wird der richtige schon erreicht.
Im echten Leben wäre das so, als würdest du die Telefonnummer eines bekannten per WhatsApp einfach an alle deine Kontakte weiterleiten weil, du nicht mehr weißt, an wen genau du sie eigentlich weiterleiten solltest, der Richtige wird schon dabei sein, wenn dann Kollege dich darum gebeten hat, seine Nummern einen deiner Kontakte weiterzuleiten.
Dieses Verhalten von Hubs erzeugt nicht nur viel unnötige last im Netzwerk, sondern ist auch sicherheitstechnisch zu hinterfragen da schließlich jeder Netzwerkteilnehmer, die vom Hub per Broadcast also an alle übertragenen Nachrichten sehen kann, angenommen wir haben ein Netzwerk mit 4 Rechnern und einem Hub. Wenn Rechner A jetzt eine vertrauliche Nachricht an Rechner B senden möchte, könnte er sie bei Verwendung eines Hubs also genauso gut an die nächste Hauswand schreiben. Vertrauliches dann nichts mehr, wenn einfach jeder andere die Nachricht ebenfalls bekommt.
Der Switch
Dieses Netzwerkgerät operiert auch Schicht-2 des Internetschichtenmodells, doch es gibt auch sogenannte Layer-3-Switche welche die eine Kombination aus Router und Switch darstellen. Router werden wir uns später noch einmal genauer anschauen.
Switche verfügen, wie auch ein Hub über mehrere Ports an die andere Netzwerkgeräte via Ethernet angeschlossen werden können, allerdings erkennt einen Switch nicht nur, dass ein Gerät physikalisch angeschlossen wurde, sondern dass es mit einem spezifischen eindeutig identifizierbaren Gerät verbunden ist. Diese “erhöhte Intelligenz” im Vergleich zu einem Hub liegt in den sogenannten MAC-Adressen begründet. Hierbei handelt es sich um 48-Bit lange Hardware Adressen, mit denen Netzwerkgeräte adressiert werden können.
Die MAC-Adressen der an einen Switch angeschlossenen Geräte werden in einer internen Tabelle der “MAC-Tabelle” gespeichert.
Wenn am Switch nun ein Datenpaket oder einen Frame ankommt, wird er auf Basis der MAC-Adresse nur an den Zielort weitergeleitet und eben nicht per Broadcast alle übertragen. Wenn Rechner A jetzt eine vertrauliche Nachricht an Rechner B schicken will, schaut der Switch in seiner MAC-Tabelle nach dem entsprechenden Port und leitet die Informationen dorthin weiter. Diese Vorgehensweise erhöht zum einen die Sicherheit und reduziert den Verkehr im Netzwerk der, wie du beim Hub bereits gesehen hast, teilweise völlig unnötig ist. Switche kommen ebenfalls in LANs zum Einsatz.
Bisher haben wir mit Hubs und Switchen Netzwerkgeräte kennengelernt, die nur im LAN arbeiten und nicht für den Datenaustausch mit anderen Netzwerken außerhalb ihres lokalen Zusammenschlusses z. B. im Internet vorgesehen sind. Um das zu gewährleisten, muss ein Gerät in der Lage sein, IP-Adressen zu lesen, was weder Hubs noch Switche können. Diese Aufgabe also, dass mindestens zwei Netzwerke zum Beispiel das LAN mit einem Wide Area Network (WAN) wie dem Internet verbunden werden, übernimmt
Der Router
Dieser arbeitet auf Schicht-3 im Internetschichtenmodell, also der auf der Netzwerkschicht. Zur Adressierung werden die bereits erwähnten IP-Adressen verwendet.
Wenn ein Paket beim Router ankommt, schaut sich dieser die IP-Adresse an und stellt fest, ob das Paket für sein eigenes oder ein anderes Netzwerk gedacht ist, ist es an sein eigenes Netzwerk adressiert akzeptiert der Router das Paket und leitet es intern weiter, wenn das Paket jedoch für ein anderes Netzwerk gedacht ist, gibt es direkt weiter.
Aufgrund dieser Funktion nennt man Router auch Gateways eines Netzwerks. Damit sich ein Paket über mehrere Router hinweg den weg zum Ziel bahnen kann, sind passende Routing-Protokolle vonnöten die wiederum geeignete Algorithmen implementiert haben mit denen zum Beispiel kürzeste Wege vom Start zum Ziel gefunden werden können, der Dijkstra-Algorithmus ist ein Beispiel dafür.
Fazit
Stellt man Hub, Switch und Router gegenüber so erkennt man, das Hubs und Switche sehr ähnlich sind nur, dass ein Gerät eben nicht ganz so schlau wie das andere ist, Router heben sich in ihrer Funktion jedoch noch einmal deutlich ab.
Zusammenfassend lässt sich also sagen: mit Hubs und Switchen baut, man Netzwerke auf, während mit Routern netzwerk verbindet.
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