Hubs und Switches

Es ist noch nicht allzu lange her, da wurden PCs mit einem simplen Kabel vernetzt: Ein Coax-Kabel an jede Netzwerkkarte draufgesteckt, und fertig war das Netzwerk in Ring- oder Bus-Topologie. Hubs und Switches waren für derartige Netze nicht nötig.

Heute arbeitet kaum noch einer mit dieser Art von Vernetzungen. Durchgesetzt haben sich statt dessen die Ethernet-LANs: schnelle, fehlertolerante Netzwerke, die in relativ kleinen geografischen Grenzen definiert sind und typischerweise Workstations, Server und Peripherie-Geräte wie Drucker untereinander verbinden.

Nebst den Netzwerkkarten, mit denen jedes Gerät im Netz bestückt ist, zählen Hubs und Switches zu den wichtigsten Komponenten eines Ethernets. Sie sitzen wie Spinnen mitten im Netz, leiten die Datenströme und lenken die Pakete den richtigen Empfängern zu.

Flexibel und simpel: Hubs

Ein Hub ist ein Gerät, das im Zentrum eines Netzwerks mit Stern-Topologie steht und über keinerlei "Intelligenz" verfügen muss. Seine einzige Aufgabe ist es, die Datenpakete weiterzureichen. Die Bandbreite, die über den Uplink (der Anschluss, der zu weiteren Netzwerk-Komponenten wie Switches oder Routern etc. führt) zur Verfügung steht, wird dabei durch die Anzahl der aktiven Ports geteilt - alle Stationen teilen sich das Netz und damit die verfügbare Bandbreite. Somit stellt ein Hub, an den vier Stationen angeschlossen sind, in einem 100-Mbps-Ethernet jedem Endgerät theoretisch eine Bandbreite von 25 Mbps zur Verfügung.

Die einzelnen Endgeräte (Workstations, Server, Drucker usw.) werden direkt an den Hub angeschlossen. Dieser dient allerdings auch als Verbindungsstück zwischen verschiedenen Netzwerk-Segmenten.

Sinnvollerweise schafft man heute keine reinen 10BaseT-Hubs mehr an. Als Standard können heutzutage 100BaseT-Geräte angesehen werden, die je nach Modell über ein oder mehrere Ports mit Autosensing (respektive Auto-Negotiating) verfügen und damit auch für ältere Rechner mit 10BaseT-Karten noch geeignet sind.

Einige Modelle verfügen darüber hinaus über einen oder mehrere Gigabit-Ethernet-Ports oder können optional damit ausgerüstet werden. Damit ist der Investitionsschutz zumindest mittelfristig garantiert.

Auch eine (optionale) Stapelbarkeit der Geräte dient dem Investitionsschutz, können so doch je nach Anforderungen fast beliebig weitere Netzwerk-Segmente geschaffen und angeschlossen werden.

Ein gerade bei grösseren Netzwerken nicht unwichtiges Feature, das aber nur ein Teil der Hubs in unserer Übersicht beherrscht, ist die Verwaltbarkeit mit einer speziellen Software oder aber über einen Webbrowser.

Viele der im unteren und mittleren Preissegment angesiedelten Hubs verfügen über eine feste Anzahl Ports. Sie sind dadurch nur durch den Anschluss weiterer Geräte über sogenannte Cross-Connect-Kabel erweiterbar. Allerdings verfügen einige der Modelle über einen umschaltbaren Port, der sowohl für den Anschluss eines Endgeräts wie auch für einen weiteren Hub oder Switch genutzt werden kann.

Grundsätzlich unterscheiden sich Hubs in ihrer Funktionsweise nicht. Die sehr hohe Preisspanne von rund 200 bis zu mehreren tausend Franken, wie sie sich in unserer Tabelle findet, kann deshalb nur mit speziellen Features und insbesondere den Details erklärt werden.

Im untersten Preissegment finden sich die SOHO- oder Workgroup-Modelle, die über eine fixe Anzahl von 5 bis 8 Ports verfügen, kaum erweiterbar sind und keinerlei Managementfunktionen bieten. Auch ihr Design mit an der Rückseite plazierten Kabelanschlüssen und vorne liegenden Überwachungs-LEDs prädestiniert die günstigen Modelle für den Einsatz auf dem Schreibtisch. Solche Geräte sind bereits für unter hundert Franken und in fast beliebiger Vielfalt erhältlich. In unserer Tabelle haben wir die Low-end-Hubs mit weniger als acht Ports oder einer Performance unter Fast Ethernet nicht berücksichtigt.

Am anderen Ende des Leistungsspektrums stehen die für Grossnetzwerke konzipierten High-end-Geräte, die neben der Unterstützung für Gigabit-Ethernet eine hervorragende Erweiterbarkeit und ausgeklügelte Management-Funktionen bieten. Auch diese Modelle, die gut und gern fünfstellige Beträge kosten können, haben wir nicht in unsere Tabelle aufgenommen.

Intelligent und Performance-stark: Switches

Anders als beim Hub werden mit einem Switch keine Kollisionsdomänen gebildet, sondern sogenannte Broadcast-Domänen. Der Switch teilt das Netzwerk in Subnetze auf und prüft bei allen Datenpaketen die Ziel-Hardware-Adresse (MAC, Media Access Control), so dass Pakete, die für dasselbe Teilnetz bestimmt sind, in dem sie abgeschickt wurden, nicht in andere Subnetze gelangen. Dadurch verringert sich die Zahl der Kollisionen, was einen positiven Einfluss auf die Netzwerkperformance haben kann. Dazu erhöht sich die verfügbare Bandbreite innerhalb der Subnetze, da nur noch der lokale Datenverkehr unterwegs ist. Auf der anderen Seite kam es bei Bridges und älteren Switches durchaus vor, dass sie den Datenverkehr aufgrund der Untersuchung der Datenpakete verlangsamt haben.

Moderne Switches haben dieses Problem nicht mehr. Sie können mehrere Verbindungen über einen hochperformanten internen Bus (Backplane) gleichzeitig schalten. Pakete, die von einem Endgerät gesendet werden, leitet ein Switch über seine Backplane direkt an den Port weiter, an dem das Gerät hängt, dessen Zieladresse im Paket angegeben ist. Durch die hohe Bandbreite der Backplane wird garantiert, dass die Weiterleitung mindestens mit der Geschwindigkeit des Netzes geschieht.

Durch diese virtuelle Direktverbindung zwischen zwei Endgeräten steht diesen die gesamte Bandbreite des Netzwerks zur Verfügung. Da eine derartige Point-to-Point-Verbindung ohne Probleme im Vollduplex-Modus arbeiten kann, treten auch keine Kollisionen auf.

Das ist auch der Grund, weshalb in der Praxis immer häufiger Switches statt Hubs anzutreffen sind: Erstere können die Aufgaben von Hubs problemlos übernehmen, bieten darüber hinaus aber noch zahlreiche Vorteile und kosten heutzutage auch nicht mehr wesentlich mehr.

Performance-Fragen

Aus dem oben Gesagten geht bereits hervor, dass eines der Kriterien für einen Switch die Geschwindigkeit der Backplane ist. Die Bandbreite dieses Rückgrats des Geräts muss gross genug sein, dass jedes angeschlossene Endgerät mit der gesamten Netzwerkgeschwindigkeit bedient werden kann. Eine gängige Faustregel besagt, dass die Bandbreite der Backplane dem Doppelten (Vollduplex-Betrieb!) der Bandbreite aller Ports entsprechen muss.

Genaue Zahlen über die Bandbreite der Backplane finden sich in den Produktunterlagen allerdings eher selten. Öfter ist von Begriffen wie WireSpeed die Rede - was letztlich aber auch nur bedeutet, dass der Switch jeden Port mit maximaler Netzgeschwindigkeit versorgen kann. In der Praxis bieten selbst günstige Switches eine genügend hohe Performance, um mit alltäglichen Anforderungen problemlos zurechtzukommen.

Ein anderes Merkmal ist die Anzahl der MAC-Adressen, die ein Switch maximal verwalten kann. Da Switches nämlich jedes Datenpaket nur an denjenigen Port weiterleiten, dessen Ziel-Hardware-Adresse im Paket angegeben ist, müssen sie intern eine Tabelle verwalten, welche die Ports mit den passenden Adressen verknüpft. Moderne Geräte tun dies automatisch und sind im Stande, neue Adressen selbständig zu lernen.

Für einen Switch, an dem nur ein paar Rechner direkt angeschlossen sind, ist das kein Problem. Komplizierter wird es, wenn ein Switch ein oder mehrere Hubs hostet, an denen wiederum diverse Endgeräte angeschlossen sind. Der Switch muss in solchen Fällen für jeden Port alle MAC-Adressen aller Geräte verwalten, die mit dem Hub verbunden sind - in grösseren Netzwerken können die zu verwaltenden Adressen bald einmal in die Hunderte oder sogar Tausende gehen.

Moderne Switches können normalerweise mindestens rund 8000 MAC-Adressen verwalten - bei vielen sogar pro Port. Wirklich wichtig sind diese Zahlen allerdings nur in grossen Netzwerken; bei kleineren KMU-Netzen, in denen typischerweise die Rechner direkt am Switch angeschlossen und nur vereinzelt Hubs zwischengeschaltet sind, kann man sie getrost vernachlässigen.

Weitere Auswahlkriterien

Da sowohl Hubs als auch Switches zur selben Gerätekategorie gehören und sich auch in ihrer grundsätzlichen Funktion nur wenig unterscheiden, ergeben sich für beide Komponentenklassen auch weitgehend dieselben allgemeinen Anforderungen.

Wie bereits erwähnt, sind es die Details, die den Preisunterschied zwischen einem günstigen und einem teuren Gerät ausmachen. Dazu gehört natürlich zunächst die Anzahl Ports, die in unserer Tabelle mit wenigen Ausnahmen zwischen 8 und 24 liegt. Unterschiede ergeben sich auch aus der Art der Ports, die je einzeln für 10BaseT, 100BaseT oder für beides ausgelegt sein können. Im letzteren Fall bieten die Ports meist Autosensing, so dass sie die Netzwerkgeschwindigkeit selbständig herausfinden können. Zusätzlich finden sich in einigen höherwertigen Geräten ein oder mehrere Gigabit-Ethernet-Ports (oder eine optionale Nachrüstbarkeit dafür), die den Anschluss an die Netzwerk-Zukunft sicherstellen.

Ausserdem können einige Hubs und alle Switches sowohl im Halb- wie auch im Vollduplex-Betrieb arbeiten. Das bedeutet neben einem grundsätzlichen Performance-Gewinn nicht zuletzt auch weniger Kollisionen, was sich auf die Netzwerkgeschwindigkeit zusätzlich positiv auswirkt.

Je nach Einsatzzweck spielt es auch eine grosse Rolle, ob die Ports und die Überwachungs-LEDs auf der Vorder- oder auf der Rückseite eines Geräts integriert sind. Für Tischmodelle nämlich macht es kaum Sinn, wenn der Kabelsalat bei Vorderanschlüssen die LEDs überdecken. Rackfähige Hubs und Switches dagegen müssen ihre Ports auf der Vorderseite haben, wenn sie nicht bei jeder Umsteckaktion aus dem Rack ausgebaut werden sollen.

Nicht zuletzt kann auch die Stromversorgung bei der Evaluation eine Rolle spielen. Bei kleinen Workgroup-Hubs etwa, die kaum jemals rund um die Uhr laufen müssen, ist es von Vorteil, wenn sie über einen Ein/Aus-Schalter verfügen, und nicht ständig Strom fressen. Anders verhält es sich bei den Geräten für Grossnetze, die idealerweise permanent online sind und deshalb keinen Netzschalter benötigen.

In dasselbe Thema fallen die Netzteile. Externe Adapter haben den Vorteil, dass sie im Notfall schnell ausgetauscht werden können. Dafür benötigen sie zusätzlichen Platz, was bei rackfähigen Modellen eher störend zum Tragen kommt.