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Hub / Switch

Hub (Aktive/Passive), Stack (Stapel), Switch (Switching-Methoden, Hybridhubs, Layer 2, Linkaggregation/Port-Trunks, VLan-Virtual Local Area Network, Spanning Tree Protocol (STP).


Autor: Sebastian Fladung (SFiL)
Datum: 25-03-2003, 22:28:47
Referenzen: IT-Handbuch
Vernetzte IT-Systeme
http://www.lanline.de
Schwierigkeit: Anfänger
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Hub/Switch

Netzwerke verändern sich aufgrund der technologischen Entwicklung ständig. Immer leistungsfähigere Endgeräte ermöglichen immer größere Applikationen und erforderm so auch höhere Bandbreiten im Netzwerk. Durchschnittliche Applikationen wie Textverarbeitung oder Tabellenkalkulation benötigen allein eine maximale Bandbreite von 1 MBit/s. Selbst ein MPEG-Video-Strom benötigt nur maximal 2 bis 9 MBit/s. Die Datensicherung dagegen gehört schon zu den Bandbreiten-hungrigen Anwendern.

Hub



Ein Hub wird auch als "Verteiler" bezeichnet. In sternförmig aufgebauten Netzwerken bildet es den zentralen Punkt. Kabel führen immer von einem Port des Hubs zu einem Rechner im Netz, so dass letztendlich eine Art Stern entsteht.

Statt eines Rechners kann man an einen Hub auch einen weiteren Hub anschließen, so dass weitere Anschlüsse zur Verfügung stehen.

Hubs gibt es für Twisted-Pair-Ethernet mit üblicherweise 5 bis 24 Ports. Sie können entweder für Geschwindigkeiten von 10 oder 100 Mbps konstruiert sein. Es sind auch Dual-Speed-Hubs erhältlich (10 und 100 Mbps).

Der Hub sendet Pakete an alle Ports des Hubs (Broadcast). Er stellt fest, ob gerade irgendwelche Pakete über die Leitung gesendet werden und wenn nicht, dann sendet er. Es kann natürlich sein, dass zwei PCs gerade gleichzeitig dasselbe tun. Dann gibt es Kollisionen. Daher werden die PCs, die mit einem Hub verbunden sind Kollisionsdomänen genant.

Hubs leiten den Netzwerkverkehr lediglich von einer Station auf alle anderen weiter, so dass sich alle am Hub angeschlossenen Stationen die Bandbreite teilen müssen. Sie arbeiten nur auf dem untersten Hardware-Level (OSI-Schicht 1).

Aktive/Passive

Aktiver Hub hat im Gegensatz zum passiven Hub noch eine Repeater-Funktion. Dies ist gerade bei längeren Datenleitungen wichtig, da das Signal ausgeglichen oder regeneriert wird.

Stack (Stapel)



Hubs wie auch Switches können auch durch gerätespezifische Verbindungen zu einem Stack (Stapel) zusammengefasst werden und wirken dann nach außen wie ein einziger Hub/Switch mit sehr vielen Ports.
Je nach Hersteller lassen sich bis 10 Geräte mit maximal 260 Ports zusammenfassen.

Switch

Switches sind, vereinfacht gesagt, schnelle Multiport-Bridges - auch sie können lernen, welche Host in welchem Subnetz zu finden ist. Sie sind auf Layer-2 angesiedelt und verbinden mehrere Collision-Domains miteinander und reichen ankommende Ethernetpakete nur an den Port weiter, an den das Gerät mit der Zieladresse angeschlossen ist. Pakete, dessen Quelle und Ziel im selben Segment liegen, werden vom Switch direkt intern weitergeleitet. Broadcast-Pakete müssen an alle angeschlossenen Segmente weitergeleitet werden.

Switching-Methoden

Im Unterschied zu Bridges, die mit der Übertragung immer warten bis das vollständige Paket gelesen wurde, gibt es für Switches je nach Hersteller unterschiedliche Verfahren zur Weiterleitung der Blöcke in die einzelnen Segmente.
  • Store and Forward: überprüft das gestammte Paket nach Fehlern und beginnt erst dann mit den senden. Dies kann eine Verzögerung von mehr als 100 Microsekunden haben.
  • Cut-Through-Switches lesen aus einem Frame nur den Header (ersten 14 Bytes) und leiten anschließend die Daten wie ein Repeater weiter, ohne sie näher zu betrachten. Dies ist eine Verzögerung unter 11 Microsekunden.
Hybridhubs

Hybridhubs bedeutet, dass unterschiedliche Kabeltypen verwendet werden können. So können z.B.: die Switche mit LWL (Abk. für Lichtwellenleiter) miteinander Verbunden werden.

Vorteile:
  • hohen Übertragungsrate 1 Gbit/s
  • große Entfernungen
  • Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen
Nachteile:
  • allerdings sind LWL teurer in der Verkabelung als herkömmliche Kupferkabel.
Layer 2 Switching

Der Switch führt eine Adresstabelle, in der die Zieladresse aller durch ihn weitergeleiteten Pakete einträgt.
Ist der Adressat bekannt, werden die Daten nur an den Port weitergeleitet. Ist er unbekannt, wird das Paket als Broadcast an alle Ports geschickt.



Dies ist eine Adresstabelle von einem Switch. Eine Kennzahl ist die Anzahl der MAC-Adressen pro Port: Werte zwischen 1.024 und 4.096 Adressen pro Port sind üblich.

Management
Linkaggregation/Port-Trunks

Port-Trunks sind Verbindungen, die es einem Gerät erlauben, bis zu vier Leitungen parallel zu benutzen. Das hat folgende Vorteile:
  • Port Trunks können theoretisch mögliche Bandbreite einer Verbindung verdoppeln bis vervierfachen.
  • Sie ermöglichen eine redundante Leitung, das heißt, dass, wenn eine Leitung ausfällt, die andere den Datenaustausch für diese übernehmen.


VLan-Virtual Local Area Network

VLANs werden eingerichtet, um betrieblich wünschenswerte Ressourcenstrecken unabhängig von der physikalischen Struktur des Netzwerks auf ein logisches (virtuelles) Datennetz abzubilden. Ein VLAN ist eine flexible Gruppe von Geräten, die überall stehen könnten, aber Daten austauschen als wären sie im selben physischen Segment.

Spanning Tree Protocol (STP)

STP ist ein Bridge-basiertes System, das es erlaubt, parallele Wege für den Netzwerkverkehr aufzubauen, und ein loop-detection-System zu benutzen, um:
  • den weniger effizienten Weg (die mit der niedrigen Bandbreite) zu finden und auszuschalten
  • einen der weniger effektiven Wege zu aktivieren, wenn der beste mögliche versagt
  • Redundanz zu vermeiden


Quellen

IT-Handbuch
Vernetzte IT-Systeme
http://www.lanline.de


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