Netzwerkkomponenten
Hubs und Switching Hubs
Die generelle Aufgabe eines Hubs besteht darin, als aktive Komponente sternförmige LAN-Verteilung und LAN-Konzentrationen aufzubauen. Ein Hub ist funktionstechnisch in OSI-Schicht-1 angesiedelt, kann also nur physikalische Signale empfangen und weiterleiten. Jedes empfangene Paket wird an jeden Port des Hubs gesendet, was einem Broadcast der einzelnen Pakete gleich kommt. Da der Hub bei der Weiterleitung eines jeden Paketes selbst Broadcasts erzeugt, hat er demzufolge auch keinerlei Mechanismen, um die Ausbreitung von Broadcasts zu kontrollieren.
Abbildung 1 - Einordnung der Funktionsweise eines Hubs
in das OSI-Referenzmodell
Ein Switching Hub, welcher funktionstechnisch auf OSI-Schicht-2 arbeitet,
ermöglicht die Mikro-Segmentierung des LANs und verbessert dadurch die Übertragungseigenschaften.
Bei der Mikro-Segmentierung werden wenige Nutzer des Hubs zu einem Segment
zusammengefasst. Innerhalb dieses Segmentes arbeitet das Gerät wie ein
Hub, zwischen den Segmenten aber wie ein Switch. Liegen Absender und Empfänger
in einem Segment, so wird wie bei einem normalen Hub das Signal auf allen
Ports weitergeleitet. Befinden sich Absender und Empfänger in
unterschiedlichen Segmenten, so wird nur das Segment des Zielports
geflutet. Switching Hubs bieten eine erste Grundstufe zur Strukturierung
und Verkehrskontrolle im LAN.
Layer-2-Switches
Ein Switch ist ebenfalls eine aktive Komponente, um eine sternförmige LAN-Verteilung zu realisieren. Ein Switch, der auf OSI-Schicht-2 arbeitet, ist in der Lage, die MAC-Adresse der Frames zu verstehen und auszuwerten. Aus diesem Grund ist eine gezielte Weiterleitung der Pakete von Sendeport zu Zielport möglich. Dies führt dazu, dass bei einer Übertragung nur diese beiden Ports blockiert sind. Ist dem Switch eine MAC-Adresse unbekannt, so werden auch hier alle Ports geflutet, um den richtigen Zielport zu ermitteln. Ein Broadcast auf OSI-Schicht-2 hat immer die Hardware-Zieladresse FF FF FF, somit ist auch ein Layer-2-Switch nicht in der Lage, die Ausbreitung von Broadcasts zu kontrollieren.
Abbildung 2 - Einordnung der Funktionsweise eines
Layer-2-Switches in das OSI-Referenzmodell
Umgangssprachlich wird unter einem Switch ein Layer-2-Gerät
verstanden. In dieser Bedeutung wird der Begriff vom Autor in all seinen
Beiträgen verwendet.
Router
Router treffen optimale Wegentscheidungen mit Hilfe der OSI-Schicht-3 Adressierung. Router sind in der Lage, verschiedene Netzwerke bzw. Subnetze untereinander zu verbinden. Sie bestimmen für jedes Paket den nächsten Netzwerkpunkt, an den es geschickt werden muss. Diese Wegentscheidung muss für jedes Paket getroffen werden - auch wenn viele gleichartige Pakete versendet werden. Es werden dabei nur Pakete weitergeleitet, die für das andere Netzwerk bestimmt sind. Durch die Schicht-3 Adressierung kann die Ausbreitung von Broadcasts kontrolliert werden.
Abbildung 3 - Einordnung der Funktionsweise eines
Routers in das OSI-Referenzmodell
Layer-3-Switches
Unter Layer-3-Switching wird hardwarebasierendes Routing verstanden. Dabei wird der weitere Weg durch den Switch mit Hilfe der Schicht-3-Informationen ermittelt und in der Routingtabelle gespeichert. Aufgrund dieses Eintrages wird bei Paketen mit demselben Ziel in Zukunft kein Routing, also die Auswertung der IP-Adresse, sondern nur ein Switching, Bearbeitung der MAC-Adresse, durchgeführt. Dies führt dazu, dass ein Layer-3-Switch zwar dieselbe Funktionalität wie ein Router hat, aber wesentlich schneller arbeitet.Layer-4-Switches
Hierbei handelt es sich um ein Hardware basierendes Layer-3-Routing, dass die Anwendung mitberücksichtigt. Man versteht darunter die Fähigkeit, nicht nur aufgrund der MAC und IP Adresse über die Weiterleitung zu entscheiden, sondern auch OSI-Schicht-4-Parameter in Betracht zu ziehen. Die Anwendung ist in TCP (Transmission Control Protocol) und UDP (User Datagram Protocol) Paketen als Portnummer kodiert. Die Behandlung von Uni- und Broadcasts erfolgt gleich wie bei Routern.
Abbildung 4 - Einordnung der Funktionsweise eines
Layer-4-Switches in das OSI-Referenzmodell
Quellen:
Sieber, Robert: Erarbeitung von Entwicklungsmöglichkeiten eines Netzwerkes unter den Gesichtspunkten zukünftiger Anforderungen, technischer Machbarkeit und finanzieller Realisierbarkeit sowie deren Einfluss hinsichtlich der Annäherung an das ideale Netzwerk, Diplomarbeit, Staatliche Studienakademie Dresden Berufsakademie Sachsen, 2002