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Die wichtigsten Netzwerkgeräte und ihre Funktionen
Diese Einführung befasst sich mit acht Netzwerkgeräten, die üblicherweise in Infrastrukturen für Enterprise-Netzwerke eingesetzt werden, etwa Access Points, Bridges und Gateways.
Networking funktioniert nicht ohne die physischen und virtuellen Geräte, die die Netzwerkinfrastruktur ausmachen.
Die Netzwerkarchitektur variiert unter anderem abhängig von Größe, Netzwerktopologie, Workloads und geschäftlichen Anforderungen. Ein Unternehmensnetzwerk kann beispielsweise Hunderte oder Tausende verschiedener Netzwerkgeräte erfordern, um das dazugehörige Data Center, LAN und WAN zu unterstützen und aufzubauen. Dagegen kommt ein einfaches Heimnetzwerk unter Umständen mit nur zwei Geräten aus.
Im Folgenden stellen wir acht gängige Arten von Netzwerkgeräten vor – mit Ausnahme von Load Balancern und Firewalls –, die in der Regel in Netzwerken zu finden sind.
1. Access Point
Ein Access Point (AP) ist ein Gerät, das Daten drahtlos über Funkfrequenzen im 2,4-GHz- oder 5-GHz-Band sendet und empfängt. Clients, etwa Laptops oder Mobiltelefone, stellen per Funksignal eine Verbindung zu einem AP her, so dass sie dem vom AP eingerichteten Wireless LAN (WLAN) beitreten können. Ein Ethernet-Kabel verbindet den AP physisch mit einem Router oder Switch in einem kabelgebundenen LAN, über das der AP Zugang zum Internet und zum restlichen Netzwerk hat.
Bei der Bereitstellung von APs müssen die WLAN-Teams Faktoren wie Standort, Dämpfung und Kanalstörungen berücksichtigen, die alle die Signalstärke beeinflussen können. Typischerweise werden APs an Decken oder Wänden angebracht, um die Signalabdeckung zu optimieren und mögliche Hindernisse zu reduzieren.
APs arbeiten auf Layer 2 des OSI-Modells, der Sicherungsschicht.
2. Bridge
Eine Netzwerk-Bridge fungiert als Verbindung zwischen zwei oder mehr LANs und bildet im Wesentlichen eine einzige Domäne aus separaten LANs. Dadurch unterscheidet sich eine Bridge von einem Router, der die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerken ermöglicht, diese aber als getrennte Systeme behandelt.
Eine Bridge fasst die einzelnen Netzwerksegmente zusammen und steuert den Traffic, der zwischen ihnen fließt. Eine Transparent Bridge verbindet LANs, die die gleiche Protokollsuite verwenden, während eine Translation Bridge LANs koppelt, die unterschiedliche Protokolle nutzen.
Bridge-Geräte verfügen über Switching-Funktionen, mit denen sie eingehende Daten-Frames weiterleiten, indem sie die MAC-Adressen (Media Access Control) prüfen. Mit jedem empfangenen Frame erstellt eine Bridge eine Zuordnungstabelle mit MAC-Adressen und Port-Positionen. Die Bridge bezieht sich auf diese Tabelle, um zu entscheiden, ob ein Frame weitergeleitet oder verworfen werden soll, was der Fall ist, wenn eine MAC-Adresse sich nicht in der Domäne der Bridge befindet.
Bridges werden in Enterprise-Netzwerken im Allgemeinen nicht mehr verwendet und üblicherweise durch Switches ersetzt.
Eine Bridge arbeitet auf Layer 2 des OSI-Modells.
3. Gateway
Ein Gateway ist ein Netzwerkknoten, der einzelne Netzwerke oder Systeme, die unterschiedliche Protokolle nutzen, miteinander verbindet und den Datenfluss zwischen den Netzwerken ermöglicht. Gateways verwenden mehrere Protokolle und übersetzen die Informationen und das Protokoll eines eingehenden Pakets, damit es mit der Zielumgebung kompatibel ist. Nachdem ein Gateway das Datenpaket verarbeitet hat, leitet es dieses typischerweise an einen Router weiter, der das Paket an sein Ziel innerhalb des Netzwerks sendet.
Es gibt verschiedenen Typen von Gateways, wie Router, Web Application Firewalls (WAF) und E-Mail-Sicherheits-Gateways. Gateways kommen auch häufig in IoT- und Cloud-Umgebungen zum Einsatz.
Gateways können auf jeder Schicht des OSI-Modells arbeiten.
4. Hub
Ein Hub ist ein physisches Gerät, das dazu dient, mehrere Geräte im selben LAN miteinander zu verbinden. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel ein Laptop, ein Desktop-Rechner und ein Drucker per Ethernet-Kabel an die Ports eines Hubs anschließen, so dass sie Teil desselben lokalen Netzwerks sind. Im Gegensatz zu einer Bridge, einem Router oder einem Switch sendet ein Hub Nachrichten, die er von einem Port empfängt, an alle übrigen Ports, ohne die Frames zu überprüfen oder die Nachricht für das beabsichtigte Ziel zu isolieren.
Ein Hub muss mit einem Router oder Switch verbunden sein, um außerhalb seines LANs kommunizieren zu können. Hub-Geräte können auch untereinander eine Verbindung herstellen, um das Gesamtnetzwerk zu erweitern.
Ein Hub kann aktiv, passiv oder intelligent sein. Aktive Hubs fungieren als Repeater, um das Signal einer eingehenden Nachricht zu verstärken oder zu reparieren, bevor sie es an die restlichen Ports senden. Passive Hubs verstärken keine Nachrichtensignale, sondern stellen lediglich die Konnektivität für Geräte an ihren Anschlüssen bereit. Intelligente Hubs verfügen über Management- und Monitoring-Funktionen, um potenzielle Probleme mit angeschlossenen Geräten zu erkennen.
Ein Hub arbeitet auf Layer 1 des OSI-Modells, der Bitübertragungsschicht.
5. Modem
Der Hauptzweck eines Modems besteht darin, Signale zwischen Geräten zu modulieren und zu demodulieren. Anders gesagt konvertiert es sie, zum Beispiel von analog zu digital. Heutzutage ist die gebräuchlichste Art von Modem ein Internetmodem. Es ermöglicht den Internetzugang, indem es Signale von einem ISP empfängt und sie in ein Format umwandelt, das die angeschlossenen Geräte nutzen können, etwa Funk- oder Digitalsignale.
Ein Modem wird in der Regel mit einem Router verbunden, der den Internetzugang über das Modem erhält und ihn an andere Geräte im Netzwerk verteilt. Modems können Ethernet-Kabel, DSL, Glasfaser oder drahtlose Medien für die Konnektivität nutzen. ISPs bieten häufig Modems an, die über kombinierte Routing- und Firewall-Funktionen verfügen.
Je nach Typ arbeitet ein Modem auf Layer 1 oder Layer 2 des OSI-Modells.
6. Repeater
Ein Repeater verstärkt ein Signal und sendet es weiter an sein Ziel. Repeater werden eingesetzt, um die Dämpfung zu reduzieren, Störungen zu vermeiden und die Reichweite eines Signals zu vergrößern. Diese Geräte finden meist in WLAN-Netzwerken Verwendung, funktionieren aber unter anderem auch bei Übertragungen per Glasfaser, Telefonleitung und TV-Signalen.
Während ein Hub die Signale für mehrere an seine Ports angeschlossene Geräte verstärkt, verfügt ein einfacher Repeater nur über zwei Ports – einen für eingehende und einen weiteren für ausgehende Signale.
Ein Repeater arbeitet auf Layer 1 des OSI-Modells.
7. Router
Ein Router leitet Datenanfragen von einem Netzwerk zu einem anderen weiter. Router untersuchen ankommende Pakete, um die passende Ziel-IP-Adresse zu bestimmen, und schicken das Paket dann an dieses Ziel. Ein Router kann auch den Internetzugang durch seine Verbindung mit einem Modem oder als kombinierter Modem-Router ermöglichen.
Wie bei einer Bridge verwalten und nutzen Router Routing-Tabellen, die Angaben wie IP-Adressen und Schnittstellen enthalten. Wenn ein Router ein Paket prüft, ermittelt er anhand der Routing-Tabelle den besten Pfad zum Ziel. Router verwenden für die Kommunikation und den Datenaustausch Routing-Protokolle.
Zu den in Unternehmensnetzen typischerweise eingesetzten Routern gehören die folgenden Typen:
- Edge Router
- Core Router
- Distribution Router
- Wireless Router
Ein Router arbeitet auf Layer 3 des OSI-Modells, der Vermittlungsschicht.
8. Switch
Ein Netzwerk-Switch leitet Daten an ihr Ziel weiter, indem er die MAC-Adresse eines eingehenden Frames untersucht und ihn an das Gerät mit der passenden Adresse sendet.
Die Geräte werden in der Regel über ein Ethernet-Kabel mit den Switch Ports verbunden. Der Switch speichert die MAC-Adressen dieser Geräte in einer Adresstabelle, die er beim Übertragen von Frames als Referenz heranzieht. Während ein Router die Daten an eine IP-Adresse oder ein Netzwerk weiterreicht, sendet ein Switch die Informationen direkt an den jeweiligen Ziel-Port.
Im Gegensatz zu einem Hub, der die Bandbreite auf seine gesamten Ports aufteilt, weist ein Switch die Bandbreite pro Port zu. Switches sind zudem intelligenter als Hubs, da sie die MAC-Adresse eines eingehenden Frames prüfen.
Switches gibt es in den folgenden Varianten:
- Unmanaged Switches
- Managed Switches
- Smart Switches
- Layer 2 Switches
- Layer 3 Switches
- PoE-Switches (Power over Ethernet)
- Fixed Switches
- Stackable Switches
- Modular Switches
Ein herkömmlicher Switch arbeitet auf Layer 2 des OSI-Modells. Layer 3 Switches operieren auf der Vermittlungsschicht und übertragen Pakete basierend auf der Ziel-IP-Adresse.
