Warum Hubs der Vergangenheit angehören

Um mehrere Geräte zu einem LAN (Local Area Network) zu verbinden, benötigen Sie ein zentrales Gerät, das sie miteinander verbindet. Früher war dieses Gerät der Hub. Heute ist es der Switch. Wenn Sie verstehen, warum Hubs ersetzt wurden, erkennen Sie, wie lokale Netzwerke tatsächlich funktionieren und warum Switches so viel leistungsfähiger sind. Diese Lektion konzentriert sich auf den einfachen Hub und die Probleme, durch die er veraltet ist.

Ein Hub ist ein einfaches Gerät mit mehreren Ports, das Geräte sternförmig miteinander verbindet. Ein Hub ist jedoch nicht intelligent: Wenn ein Frame (eine Dateneinheit in einem LAN) an einem Port eintrifft, wiederholt er ihn an jedem anderen Port. Er prüft weder Adressen noch entscheidet er, wohin die Daten übertragen werden sollen. Jedes angeschlossene Gerät empfängt jede Übertragung, unabhängig davon, ob es der vorgesehene Empfänger ist.

Ein Hub arbeitet auf der Bitübertragungsschicht (Layer 1 des OSI-Modells). Er wiederholt und verstärkt lediglich elektrische Signale und erkennt weder MAC-Adressen noch Frames als bedeutungsvolle Daten. Deshalb wird ein Hub manchmal als Multiport-Repeater bezeichnet. Da ihm jegliche Kenntnis über die Ziele fehlt, kann er keine Weiterleitungsentscheidungen treffen wie ein Switch.

Weil ein Hub alles an alle weiterleitet, teilen sich alle angeschlossenen Geräte eine Kollisionsdomäne – einen Bereich, in dem zwei Übertragungen kollidieren können, wenn Geräte gleichzeitig senden. Da sich alle das Medium teilen, treten häufig Kollisionen auf, und je mehr Geräte Sie hinzufügen, desto schlimmer wird das Problem. Ein Hub bildet das Problem des gemeinsam genutzten Busnetzes effektiv in einer Sternstruktur nach.

Hubs erzwingen den Halbduplex-Betrieb. Das bedeutet, dass ein Gerät entweder senden oder empfangen kann, aber nicht beides gleichzeitig. Um Kollisionen zu bewältigen, verwendeten Geräte CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): zuerst zuhören, bei freier Leitung senden und bei einer Kollision warten und es erneut versuchen. Das funktioniert, verschwendet aber Zeit und Bandbreite, insbesondere wenn der Datenverkehr an einem ausgelasteten Hub zunimmt.

An einem Hub teilen sich alle Geräte die gesamte Bandbreite. Wenn ein Hub für 100 Mbit/s ausgelegt ist und zehn Geräte aktiv sind, teilen sie diese 100 Mbit/s effektiv untereinander auf. Ein Switch stellt dagegen jedem Port die vollständige Bandbreite separat zur Verfügung. Diese Einschränkung durch die gemeinsam genutzte Leitung machte Hubs bei hoher Auslastung langsam und war ein wesentlicher Grund dafür, dass sie mit dem Wachstum von Netzwerken nicht Schritt halten konnten.

Hubs haben außerdem ein Sicherheitsproblem. Da jeder Frame an jeden Port gesendet wird, kann jedes Gerät am Hub den gesamten Datenverkehr allein durch Mithören erfassen – eine Technik, die als Sniffing bezeichnet wird. Vertrauliche Daten sind für alle verbundenen Geräte sichtbar. Switches verringern dieses Risiko, indem sie Frames nur an den vorgesehenen Port senden. Dadurch wird beiläufiges Abhören in einem normalen Switching-Netzwerk deutlich erschwert.

Der Unterschied ist deutlich:

• Hub – wiederholt an alle Ports, eine Kollisionsdomäne, gemeinsam genutzte Bandbreite, Halbduplex, unsicher.
• Switch – leitet an den richtigen Port weiter, getrennte Kollisionsdomänen, vollständige Bandbreite pro Port, Vollduplex, sicherer.

Alle Vorteile liegen beim Switch. Deshalb sind Hubs aus realen Netzwerken verschwunden.

Echte Hubs sind in modernen Netzwerken praktisch ausgestorben; kostengünstige Switches haben sie vollständig ersetzt. Möglicherweise hören Sie das Wort "Hub" noch als ungenaue Bezeichnung für ein zentrales Verbindungsgerät. Außerdem kommen Hubs gelegentlich in Laboren oder zum gezielten Mitschneiden von Datenverkehr während einer Analyse zum Einsatz. Behandeln Sie den Hub für die Prüfung als veraltete Technologie, die Sie historisch verstehen und dem Switch gegenüberstellen müssen.

Zwischen Hubs und Switches kamen die Bridges. Eine Bridge verbindet zwei Netzwerksegmente und liest im Gegensatz zu einem Hub MAC-Adressen, um zu entscheiden, ob Datenverkehr zwischen ihnen weitergeleitet werden soll. Lokaler Datenverkehr wird dabei herausgefiltert und nicht in das andere Segment übertragen. Eine Bridge ist im Wesentlichen ein Switch mit sehr wenigen Ports – ein Switch wird manchmal auch als Multiport-Bridge bezeichnet. Bridges führten die intelligente, adressbasierte Weiterleitung ein, die Switches später perfektionierten.

Auch wenn Hubs verschwunden sind, sind die von ihnen vermittelten Konzepte grundlegend. Kollisionsdomänen, Halbduplex, CSMA/CD und gemeinsam genutzte Bandbreite stammen aus der Hub-Ära und werden in der Prüfung abgefragt. Wenn Sie die Schwächen eines Hubs verstehen, erkennen Sie am deutlichsten, welche Probleme Switches behoben haben. Außerdem sind Sie damit auf die nächsten Lektionen über Switch-Weiterleitung, MAC-Tabellen sowie Kollisions- und Broadcast-Domänen vorbereitet.

Überprüfen Sie Ihr Verständnis von Hubs.

Sie haben gelernt, dass ein Hub ein Multiport-Repeater auf Layer 1 ist, der jeden Frame blind an alle Ports sendet. Dadurch entsteht eine gemeinsame Kollisionsdomäne, der Halbduplex-Betrieb mit CSMA/CD wird erzwungen, die Bandbreite wird auf alle Geräte aufgeteilt und jedes Gerät kann den gesamten Datenverkehr mithören. Diese Schwächen machten Hubs überflüssig. Switches behoben jedes dieser Probleme, indem sie Frames nur an den richtigen Port weiterleiten. Die Konzepte rund um Hubs sind weiterhin wichtig, da sie die Grundlage für Kollisionsdomänen und die folgenden Themen bilden.