Was ist ein Hub und wie funktioniert er?

Auch wenn mittlerweile andere Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um ein Netzwerk zu betreiben, finden Hubs nach wie vor Verwendung. Was aber ist ein Hub, wie und wofür wird er verwendet und welche Vor- und Nachteile hat er insbesondere im Vergleich zu einem Switch?

Definition eines Hubs

Bei einem Hub handelt es sich um ein Netzwerkgerät, das verschiedene Netzwerkknoten, z. B. in einem Ethernet, sternförmig verbindet. Dabei werden Hubs im OSI-Referenzmodell (Open Systems Interconnections) als Geräte der Stufe 1 klassifiziert, die auf der Bitübertragungsschicht arbeiten. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, mehrere Computer miteinander zu verbinden und empfangene Daten umgehend weiterzuleiten. Hubs bestehen in der Regel aus Kunststoff, werden mit einer externen Stromversorgung betrieben und enthalten zwischen 4 und 16 Ports, also physikalische Anschlüsse. Ihre maximale Bandbreite beträgt in der Regel 10/100 Mbit pro Sekunde. Der Begriff „hub“ stammt aus dem Englischen und bedeutet „Nabe“ oder „Knotenpunkt“.

Wie funktioniert ein Hub?

Der Hub empfängt Daten und sendet sie dann komplett weiter an alle angeschlossenen Geräte (Hosts) im Halbduplex-Verfahren. Alle Anschlüsse (Ports) des Hubs arbeiten dabei mit derselben Geschwindigkeit und befinden sich in einer Collision Domain (die alle angeschlossenen Netzwerkgeräte umfasst). Anders als andere Netzwerkgeräte bietet ein Hub nicht die Option, nur einzelne Empfänger anzusteuern oder auszuschließen. Somit werden bei einem Transfer immer alle Pakete auch an sämtliche Computer weitergeleitet. Dadurch erhalten auch Geräte, für die das entsprechende Datenpaket eigentlich nicht bestimmt ist, die Daten. Da so alle Hosts belegt sind, können die anderen Geräte währenddessen selbst keine Daten versenden. Gleichzeitige Anfragen werden stattdessen nach und nach abgearbeitet.

Wenn Sie weitere Hosts benötigen, können Sie einen Hub mit einem weiteren Hub verbinden. Diese Verbindung wird mit einem einfachen Crossover-Kabel über einen der Ports erstellt. Die Anzahl der Hosts wird allerdings automatisch durch die 5-4-3-Regel oder auch Repeater-Regel limitiert. Diese besagt, dass zwischen zwei Endgeräten maximal fünf Segmente mit vier Repeatern eingesetzt werden können. Hinzu kommt, dass sich die angeschlossenen Hosts beim Einsatz eines Hubs die gesamte Bandbreite teilen. Gerade beim Transfer großer Datenpakete führt das unweigerlich zu Geschwindigkeitseinbußen.

Die Nachteile der Hub-Netzwerke

Bei Hubs handelt es sich dementsprechend um eine anfällige und veraltete Technik. Neben den angesprochenen Geschwindigkeitsdefiziten und der fehlenden Flexibilität in Bezug auf den Datentransfer und die ausgewählten Empfänger ist ein Hub-System auch vergleichsweise anfällig für Sicherheitslücken. So kann das System nicht unter Quarantäne gestellt werden und der Datenverkehr findet nicht geschützt statt. Eventuelle Sicherheitsprobleme oder Bedenken bezüglich des Datenschutzes betreffen sofort sämtliche angeschlossenen Hosts.

Wofür werden Hubs heute eingesetzt?

Aus diesen Gründen werden Hubs heutzutage seltener verwendet. Ihre mangelnde Flexibilität ist nicht mehr zeitgemäß und die fehlende Geschwindigkeit bei immer größeren Datenmengen ein großes Hindernis. Ein möglicher Einsatzbereich, der auch heute noch häufiger zum Tragen kommt, ist die Erweiterung älterer Netzwerke. Auch das Streaming von Medien an mehrere Geräte ist möglich. Außerdem werden Hubs nach wie vor zur Netzwerkanalyse eingesetzt. Hier ist die mangelnde Flexibilität sogar ein Vorteil: Da sämtliche Daten des Netzwerks an allen Ports zu finden sind, wird kein zusätzlicher Mirror-Port benötigt, um sie zu lesen und zu analysieren.

Die Unterschiede zwischen Hub und Switch

Trotzdem ist die Zeit der Hubs im Großen und Ganzen vorbei. Nach den 802.3-Standards des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) gelten Hubs bereits seit 2011 als veraltet. An ihre Stelle ist mittlerweile der Switch gerückt. Die Gründe dafür sind vielfältig, da der Switch streng genommen eine Weiterentwicklung seines betagten Vorgängers ist. Anders als beim Hub ist es so mit dem Switch möglich, Daten gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Die Bandbreite wird dabei auch nicht limitiert, sondern ist gleichbleibend. Während der Hub immer alle Hosts ansteuert und sämtliche Daten ausliefert, ist es beim Switch möglich, einzelne Endgeräte auszuwählen.

Der Switch arbeitet dabei auf Stufe 2 des OSI-Referenzmodells und kann daher theoretisch eigene Collision Domains für jeden einzelnen Port kreieren. Um eine zielgenaue Ansteuerung zu ermöglichen, werden die MAC-Adressen der Datenframes ausgewertet und so bei Bedarf Endgeräte ausgeschlossen, für die die jeweiligen Daten nicht gedacht sind. Ähnlich wie der Hub verfügen allerdings auch Switches wie MPLS über eine Broadcast-Funktion und können sämtliche angeschlossenen Hosts gleichzeitig bedienen. Aufgrund ihrer deutlichen Vorteile waren Switches lange Zeit deutlich teurer als Hubs. Mittlerweile sind die Preise allerdings klar zurückgegangen.

Hubs und Switches im direkten Vergleich

Zum besseren Verständnis sehen Sie hier die Funktionsweisen und Fähigkeiten von Hub und Switch im direkten Vergleich:

 

Hub

Switch

Limitierte Bandbreite

Ja

Nein

Gleichzeitiger Versand und Empfang von Daten

Nein

Ja

Auswahl einzelner Endgeräte

Nein

Ja

Broadcast

Ja

Ja

Netzwerkanalyse ohne Mirror-Port

Ja

Nein

OSI-Schichtmodell

Stufe 1

Stufe 2

Collision Domain

Für alle Ports

Für einzelne Ports

Fazit: Die Zeit des Hubs ist vorbei

Während Hubs für lange Zeit die einzige Option waren, Netzwerke einzurichten, gilt das heute nicht mehr. Lediglich zur Netzwerkanalyse, zur Erweiterung bestehender Netzwerke (ohne Sicherheitsrelevanz) oder möglicherweise zum Streamen verschiedener Medienangebote eignet sich die Technologie heute noch. Auch da sich auch die Preise von Hubs und Switches mittlerweile angeglichen haben, ist die modernere Technologie deutlich empfehlenswerter.