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Definition Was ist ein Netzwerk-Hub?

Ein Netzwerk-Hub arbeitet auf der Schicht 1 des ISO/OSI-Schichtenmodells. Er verbindet in einem Netzwerk Geräte miteinander und verteilt empfangene Datenframes auf alle seine Ports. Eine Interpretation der Frames und ihrer Adressen findet nicht statt. Die Bandbreite des Netzwerks müssen sich alle Geräte teilen. In modernen Netzwerken haben Hubs kaum noch eine Bedeutung.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
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(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com )

Ein Netzwerke-Hub ist eine Netzkomponente, die heute in modernen Netzwerken kaum noch zu finden ist. Der Hub arbeitet auf der Layer 1 des ISO/OSI-Schichtenmodells und verbindet in Netzwerken wie Ethernet Geräte miteinander. Empfangene Datenframes verteilt er auf alle seine Ports, ohne dass Frame- oder Paketadressen ausgewertet werden (Broadcast).

Verwendung fand der Hub in Ethernet-Netzwerken ausschließlich mit Geschwindigkeiten von 10 oder 100 Megabit pro Sekunde. Der Hub hat mittlerweile seine Bedeutung verloren und wurde in Netzwerken durch den intelligenteren Switch, der auf Layer 2 des ISO/OSI-Schichtenmodells arbeitet, ersetzt.

Moderne Ethernet-Umgebungen arbeiten fast ausschließlich geswitcht. Werden Netzwerkgeräte über Hubs miteinander verbunden, befinden sich alle Endgeräte innerhalb einer einzigen Collision Domain (Kollisionsdomäne) und teilen sich die zur Verfügung stehende Gesamtbandbreite des Netzwerks. An einem Hub angeschlossene Endgeräte bekommen alle Frames des Ethernets zugesandt, selbst wenn sie nicht der Empfänger sind. Endgeräte können nur Datenframes senden, wenn der Hub gerade nicht sendet, sonst kommt es zu einer Kollision.

Durch die Kaskadierung mehrerer Hubs lassen sich Netzwerke erweitern und zusätzliche Geräte anschließen. Allerdings sind bei der Verschaltung der Hubs die aus dem Repeater-Umfeld bekannten Regeln wie die 5-4-3-Regel für das 10-Mbit/s-Ethernet einzuhalten. Da am Netzwerk Hub an jedem Port alle Daten anliegen, lässt er sich einsetzen, um den Datenverkehr mit einem Netzwerksniffer an einem beliebigen Port mitzulesen.

Die Funktionsweise eines Hubs

Die Ports eines Hubs besitzen alle die gleiche Geschwindigkeit. Der Netzwerk-Hub arbeitet auf dem Layer 1 des ISO/OSI-Schichtenmodells. Eine Interpretation der Informationen des Layers 2 wie bei Switches oder des Layers 3 wie bei Routern findet nicht statt. Alle Ports des Hubs befinden sich innerhalb einer einzigen Collision Domain. Anliegende Signale werden nur auf Bitebene und Symbolebene regeneriert. Sämtliche Frames, die ein Hub auf einem Port empfängt, leitet er an alle anderen Ports weiter. Somit lässt sich an jedem Port eines Hubs der komplette Netzwerkverkehr aller Netzwerkteilnehmer der Collision Domain mitlesen.

Um zwei Hubs miteinander zu verbinden, können zwei normale Endgeräteports des Hubs über ein Kreuzkabel miteinander verbunden wenden. Einige Hubs besitzen zur Verbindung mit anderen Hubs spezielle Uplink-Ports, die, was die Sende- und Empfangsleitungen angeht, umschaltbar sind oder eine Autoumschaltfunktion besitzen. Die Kaskadierung von Hubs ist durch die üblichen Repeater-Regeln beschränkt. So gilt in einem 10-Mbit/s-Ethernet die 5-4-3-Regel, die besagt, dass sich zwischen zwei Endgeräten maximal fünf Segmente mit vier Repeatern befinden dürfen. Nur an drei dieser fünf Segmente dürfen aktive Endgeräte betrieben werden.

Die Einsatzmöglichkeiten des Hubs

Ein Netzwerk-Hub verbindet über eine physikalisch sternförmige Topologie mehrere Endgeräte zu einem Netzwerk mit logischer Bustopologie. Typischer Einsatzbereich des Hubs ist die Erweiterung älterer 10- oder 100-Mbit/s-Netzwerke und die Anschaltung zusätzlicher Endgeräte. Da sich alle Geräte aber innerhalb einer einzigen Kollisionsdomäne befinden, teilen sie sich die Bandbreite des Netzwerks miteinander.

Gegenüber einer physikalischen Bus-Verschaltung ist die Ausfallsicherheit des Netzes erhöht, da ein defektes Anschlusskabel an einem Endgeräteport nicht das komplette Netz sondern nur das betroffene Endgerät beeinträchtigt. Hubs haben mit dem Aufkommen von Switches an Bedeutung verloren und sind im Umfeld des Ethernets nahezu vollständig verschwunden. Die 802.3-Standards des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) bezeichnen Netzwerk-Hubs seit 2011 als veraltet.

Neben der Erweiterung von Netzwerken ist die Netzwerkanalyse ebenfalls ein Einsatzbereich des Hubs. Da an jedem Port eines Hubs alle Daten des Netzwerks anliegen, kann mit einem Netzwerksniffer der Datenverkehr mitgelesen und analysiert werden. In modernen geswitchten Umgebungen hingegen werden zur Netzwerkanalyse so genannte Mirror-Ports benötigt, auf die sich der Verkehr eines zu untersuchender Links spiegeln lässt.

Abgrenzung von Hubs zu Bridge, Switch und Router

Neben Hubs sind in Netzwerken weitere Verbindungskomponenten und -geräte wie Bridge, Switch oder Router zu finden. Sie unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise deutlich vom Hub. Eine Bridge arbeitet auf dem Layer 2 des ISO/OSI-Schichtenmodells und trennt Netze in verschiedene Kollisionsdomänen auf. Die Bridge leitet Datenframes nur an das Netzsegment weiter, indem sich das Zielgerät des Frames befindet. Broadcasts werden auf allen angeschlossenen Netzsegmenten ausgegeben. Es findet eine Auswertung der Layer-2-Adressen statt.

Auch Switches arbeiten auf dem Layer 2 des ISO/OSI-Schichtenmodells. Sie haben mehr Ports als eine Bridge und erlauben es, einzelne Endgeräte an den Ports anzuschließen. Jedes Endgerät eines Ports befindet sich in einer eigenen Kollisionsdomäne. Datenframes (außer Broadcasts und Multicasts) werden nur an dem Port ausgegeben, an dem sich das Zielgerät des Frames befindet. Hierfür wertet der Switch die Layer-2-Adressen (MAC-Adressen) der Datenframes aus. Die Adressen der angeschlossenen Geräte lernt er selbständig und speichert sie in einer Forwarding-Tabelle. Die Port-Geschwindigkeit steht dem Endgerät jeweils exklusiv zur Verfügung.

Router schließlich arbeiten auf der Vermittlungsschicht (Layer 3) des ISO/OSI-Schichtenmodells. Im Fall von IP-Routern in einem TCP/IP-Netzwerk werten sie die IP-Adressen der empfangenen IP-Pakete aus. Anhand von statischen oder über Routing-Protokolle gelernten Routing-Tabellen leiten sie die Datenpakete an den Router-Port weiter, über den das Zielnetz direkt oder über weitere Zwischenknoten (Router) erreichbar ist.

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