Typen von Netzwerkgeräten, die beim Erstellen eines Netzwerks verwendet werden
Ein Netzwerk kann nur vorhanden sein, wenn jedes der Geräte miteinander kommunizieren kann. Diese Tatsache gilt unabhängig davon, ob es sich um das Netzwerk Ihrer eigenen Organisation oder um umfangreichere Netzwerke wie das World Wide Web handelt. Alle Netzwerke basieren auf denselben Prinzipien.
In dieser Lerneinheit wird der Begriff Netzwerkstandards erläutert, und Sie lernen die Hardware kennen, die den Backbone eines beliebigen Netzwerks bildet.
Netzwerkstandards
Während Netzwerkprotokolle eine einheitliche Methode für die Kommunikation bieten, steuern Netzwerkstandards die Hardware und Software, die sie verwenden.
Heutzutage gibt es Hunderttausende Hardwarelieferanten. Die gesamte Technologie lässt sich jedoch mit minimalem Aufwand nahtlos mit Ihrem Computer oder Ihrem Netzwerk integrieren. Netzwerkstandards bieten ein Framework, das die Interoperabilität zwischen Geräten ermöglicht.
Netzwerkstandards verbessern die Interoperabilität verschiedener netzwerkfähiger Geräte und sorgen für Abwärtskompatibilität zwischen Produktrevisionen und unterschiedlichen Anbietern. Zu den offiziellen Stellen, die regulierte Standards veröffentlichen, gehören die Internationale Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, ITU), das American National Standards Institute (ANSI) und das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
Das Erstellen von Netzwerken und das zuverlässige Verbinden von netzwerkfähigen Geräten ohne Netzwerkstandards wäre nicht möglich.
802-Standardfamilie
Die 802-Spezifikation deckt alle physischen Netzwerkstandards für Ethernet- und Drahtlosnetzwerke ab. In der folgenden Tabelle werden einige der gebräuchlichsten Standards aufgeführt.
| 802 | Übersicht | Grundlagen der Konzepte von physischen und logischen Netzwerken |
|---|---|---|
| 802.1 | Bridging | LAN/MAN-Bridging und Verwaltung der unteren Unterschichten der OSI-Schicht 2 |
| 802.2 | Logical Link | Wird im Allgemeinen als LLC-Spezifikation (Logical Link Control) bezeichnet |
| 802.3 | Ethernet | Bietet asynchrone Netzwerkfunktionen mithilfe von CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) über Koaxialkabel, Twisted-Pair-Kupferkabel und Glasfaserübertragung |
| 802.5 | Token Ring | Der Tokenweitergabestandard für abgeschirmte Kupferkabel und Twisted-Pair-Kabel. |
| 802.11 | WLAN | Wireless Local Area Network (WLAN), Media Access Control (MAC) und Spezifikation für die Bitübertragungsschicht (Physical Layer, PHY) |
| 802.11a | WLAN | Gibt eine PHY an, die mit 5 GHz betrieben wird |
| 802.11b | WLAN | Optimiert 802.11 und fügt höhere Datenratenmodi hinzu |
| 802.11d | WLAN | Optimiert 802.11a/b, ermöglicht globales Roaming. |
| 802.11e | WLAN | Optimiert 802.11 und fügt QoS-Features (Quality of Service) hinzu |
| 802.11g | WLAN | Erweitert die maximale WLAN-Datenrate |
| 802.11h | WLAN | Optimiert 802.11a und löst jetzt Interferenzprobleme |
| 802.11i | WLAN | Optimiert 802.11 und fügt Sicherheit für WLAN-Anwendungen hinzu |
| 802.11j | WLAN | Optimiert 802.11a für in Japan gesetzlich vorgeschriebene Erweiterungen |
| 802.11n | WLAN | Standards für höhere Geschwindigkeiten |
| 802.12 | Bedarfspriorität | Die Ethernet-Datenrate wurde auf 100 MBit/s erhöht |
| 802.15 | Persönliche Drahtlosnetzwerke | Unterstützung für persönliche Drahtlosnetzwerke (Wireless Personal Area Networks, WPANs) |
| 802.15.1 | Bluetooth | Drahtlostechnologie für kurze Distanzen (10 Meter) |
| 802.15.3a | UWB | Ultrabreitbandverbindung (Ultra-Wideband, UWB) für kurze Distanzen und hohe Bandbreite |
| 802.15.4 | ZigBee | Drahtlose Sensornetzwerke für kurze Distanzen |
| 802.16 | Innerstädtische Drahtlosnetzwerke | Umfasst den mobilen und drahtlosen Breitbandzugriff in innerstädtischen Drahtlosnetzwerken (Wireless Metropolitan Area Networks, WMANs) |
Netzwerkinfrastruktur
Mehrere mit dem Netzwerkstandard kompatible Geräte bilden die Struktur Ihrer Netzwerke. Abhängig von der Größe des Netzwerks können Sie mehrere dieser Geräte verwenden, um den Backbone Ihres Netzwerks zu erstellen. Diese Geräte sind:
- Repeater
- Hubs
- Bridges
- Switches
- Router
Fast alle diese Geräte sind von einer MAC- (Media Access Control) oder einer IP-Adresse (Internetprotokoll) zum Bereitstellen von Daten im Netzwerk abhängig.
Was ist eine MAC-Adresse (Media Access Control)?
Bei der Media Access Control-Adresse (MAC) handelt es sich um einen eindeutigen Bezeichner, der jedem netzwerkfähigen Gerät zum Zeitpunkt der Herstellung zugewiesen wird. Sie kann als „eingebrannte Adresse“, Ethernet-Hardwareadresse oder physische Adresse bezeichnet werden.
Die MAC-Adresse besteht standardmäßig aus sechs hexadezimalen Zahlengruppen, die durch einen Doppelpunkt oder Bindestrich getrennt sind. Die ersten drei Zahlengruppen der MAC-Adresse definieren den OUI (Organizationally Unique Identifier) des Herstellers, und die übrigen drei Nummern identifizieren eindeutig das Gerät. Wenn die MAC-Adresse beispielsweise AA-6A-BA-2B-68-C1 lautet, ist AA-6A-BA der OUI und 2B-68-C1 die Geräte-ID.
Repeater
Ein Repeater ist ein Gerät mit zwei Ports, das Netzwerksignale wiederholt. Repeater kommen zum Einsatz, wenn die Entfernung zwischen zwei Netzwerkgeräten etwas größer ist. Der Repeater ändert oder interpretiert Datenpakete nicht, bevor er sie noch mal sendet, und er verstärkt auch nicht das Signal. Stattdessen wird das Datenpaket mit der ursprünglichen Stärke Bit für Bit erneut generiert.
Brücke
Eine Bridge teilt ein Netzwerk in Netzwerksegmente auf und kann Datenpakete zwischen diesen Segmenten filtern und weiterleiten. Brücken verwenden die MAC-Adresse des Netzwerkgeräts, um das Ziel des Datenpakets zu ermitteln. Brücken werden in der Regel verwendet, um die Netzwerkleistung zu verbessern, indem unnötiger Netzwerkdatenverkehr für Netzwerksegmente verringert wird.
Hub
Ein Hub fungiert als Repeater mit mehreren Ports in einem Netzwerk. Hubs werden verwendet, um mehrere Geräte zu verbinden und das Layout eines Netzwerks zu strukturieren. Beispielsweise können Sie Hubs kaskadieren, um Netzwerkbranches zu erstellen, oder Sie können sie als Endpunkt verwenden, um ein Sternlayout mit Geräten mit mehreren Benutzern zu erstellen. Hubs enthalten mehrere Ports, die als eine Eingabe/Ausgabe-Ethernet-Verbindung zwischen dem Hub und einem Netzwerkgerät fungieren. Ein Hub kann nur mit einer Geschwindigkeit betrieben werden. Dabei handelt es sich um die Geschwindigkeit des langsamsten Netzwerkgeräts im Netzwerk. Er interpretiert oder filtert keine Datenpakete und sendet Kopien der einzelnen Datenpakete an alle angeschlossenen Geräte.
Typen von Hubs
- Fast Ethernet: Dieser Hub wird für Netzwerke mit 100 MBit/s verwendet und ist als Hubtyp der Klasse I und Klasse II verfügbar. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Typen ist die Verzögerungsdauer bei der Datenübertragung. Ein Hub der Klasse I führt zu einer Signalverzögerung von bis zu 140 Bitzeiten. Ein Hub der Klasse II führt zu einer Verzögerung von bis zu 96 Bitzeiten. Die Verzögerung ermöglicht die Transcodierung von Daten zwischen unterschiedlichen Basistypen. In einem hubbasierten Netzwerk können nur zwei Hubs der Klasse II verwendet werden. Hubs der Klasse II erhöhen aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit die Wahrscheinlichkeit von Paketkollisionen.
- Duale Geschwindigkeit: Bei einem herkömmlichen Hubnetzwerk steuert das langsamste angeschlossene Gerät die Geschwindigkeit des Netzwerks. Wenn beispielsweise 10 MBit/s- und 100 MBit/s-Geräte mit einem Netzwerk verbunden sind, ist die Geschwindigkeit für das gesamte Netzwerk lediglich 10 MBit/s. Dual-Speed-Hubs lösen das Problem, indem Sie als Brücke zwischen den zwei Geräten mit verschiedenen Geschwindigkeiten fungieren.
Hubs werden für kleine Ad-hoc-Netzwerke mit wenigen Geräten verwendet, sie werden jedoch selten auf Unternehmensebene eingesetzt.
Switch
Ein Switch kombiniert die Funktionalität einer Bridge und eines Hubs. Er segmentiert Netzwerke und kann Paketdaten interpretieren und filtern, um sie direkt an ein angefügtes Netzwerkgerät zu senden. Switches verwenden die MAC-Adresse des Netzwerkgeräts, um das Ziel des Datenpakets zu ermitteln. Ein Switch funktioniert im Vollduplexmodus, d. h. er kann gleichzeitig Daten an Netzwerkgeräte senden und von diesen empfangen.
Features
Moderne Ethernet-basierte Switches bieten mehr Funktionen und Möglichkeiten als ein Ethernet-Hub.
- Ein Ethernet-Switch kann die Verbindungsgeschwindigkeit eines eingehenden Pakets so anpassen, dass sie der Verbindungsgeschwindigkeit des Zielnetzwerks entspricht.
- Viele Switches unterstützen jetzt Power over Ethernet (PoE). Mit PoE können bestimmte Netzwerkgeräte wie VoIP-Telefone (Voice over IP) ihre Stromversorgung über den Switch sicherstellen, ohne dass eine separate Stromversorgung benötigt wird.
- Andere Module können an den Switch angeschlossen werden, um Funktionen wie Portspiegelung, Paketsniffer und Intrusion-Detection-Systeme zu aktivieren.
Typen von Ethernet-Switches
Es gibt zwei unterschiedliche Switchtypen: nicht verwaltet und verwaltet.
Nicht verwaltet
Diese Art von Switch verfügt über keine Konfigurationsfunktion und ist für kleinere Arbeitsumgebungen oder ein Homeoffice konzipiert. Das Paket-Switching erfolgt automatisch.
Verwaltet
Diese Art von Switch bietet die Möglichkeit, die Konfiguration, das Verhalten und den Betrieb des Switches anzupassen. Der Zugriff auf die Switchkonfiguration erfolgt über eine Befehlszeilenschnittstelle (CLI) mithilfe von Telnet oder Secure Shell (SSH), einer Remotekonsole oder über eine Webschnittstelle.
Unten finden Sie eine Liste der gängigsten Optionen zum Konfigurieren eines verwalteten Switch. Beachten Sie, dass sich die Konfigurationsoptionen von Switchhersteller zu Switchhersteller unterscheiden können.
| Switchoption | Beschreibung |
|---|---|
| Servicequalität | LAN-Datenverkehr wird verwaltet, sodass kritischen Systemen höhere Priorität eingeräumt wird. Beispiel: Sprachdatenpaketen, die schnell übermittelt werden müssen. |
| Virtuelle LANs | Logische Gerätegruppen werden in ihrem eigenen virtuellen LAN erstellt. Datenverkehr in einem virtuellen LAN überquert nicht die Grenze zu einem anderen virtuellen LAN. Diese logische Gruppe von Geräten kann die Sicherheit und Leistung des Netzwerks verbessern. |
| Spanning Tree-Protokoll (STP) | Die Resilienz Ihres Netzwerks kann durch Definieren alternativer Netzwerkrouten für den Fall eines Kabel- oder Geräteausfalls verstärkt werden. |
| Portspiegelung | Diese Option wird in der Regel zusammen mit Netzwerkanalysetools verwendet, um Netzwerkfehler und -probleme zu diagnostizieren. Bei der Einrichtung exportiert der Switch eine Kopie des Netzwerkdatenverkehrs in einen einzelnen Port. |
| Bandbreitenbegrenzung | Ermöglicht eine genaue Kontrolle über die Bandbreite, die von bestimmten Ports verwendet wird. So kann beispielsweise eine hohe Bandbreite für Ports, die Datenbanken oder VoIP verarbeiten, und eine geringere Bandbreite für E-Mail zugelassen werden. |
| MAC-Adressfilterung | Steuert, welche Netzwerkgeräte Zugriff über den Switch erhalten |
| SNMP-Client | Mit dieser Option können Sie das Simple Network Management-Protokoll (SNMP) einrichten und für Ihre Netzwerküberwachungstools konfigurieren. |
Es gibt zwei Untertypen von verwalteten Switches:
- Smart Switch: Ein Smart Switch ist eine Mischung aus einem nicht verwalteten und einem verwalteten Switch. Solche Switches bieten tendenziell nur eine webbasierte Benutzeroberfläche zum Verwalten der Konfiguration. Bei den verfügbaren Optionen handelt es sich um „virtuelle LANs“, „Portspiegelung“ und „Bandbreitenbegrenzung“.
- Enterprise Switch: Hierbei handelt es sich um den oben beschriebenen vollständig verwalteten Switchdienst.
Router
Mithilfe von Routern werden Netzwerke mit Adressen aus unterschiedlichen Bereichen miteinander verknüpft. Sie können Datenpakete interpretieren und filtern und an das richtige Netzwerk weiterleiten. Router verwenden die IP-Adressinformationen des Netzwerkgeräts, um das Datenpaket an sein Ziel weiterzuleiten. Die meisten Router können heutzutage Probleme im Zusammenhang mit Datenverkehr erkennen, der an ein beliebiges verbundenes Netzwerk weitergeleitet werden soll, und Probleme per Routing bzw. erneutem Routing umgehen. Ein Router wird auch als Gateway bezeichnet. Wenn Sie Netzwerkgeräte konfigurieren, verwenden Sie in der Regel eine Standard-IP-Adresse für das Gateway.
Interkonnektivität
Router in einem vernetzten Netzwerk verwalten eine Routingtabelle, in der die bevorzugte Route zwischen den einzelnen Netzwerken aufgeführt ist. Der Router fungiert als Autoritätsursprung (Start Of Authority, SOA) für alle Netzwerkgeräte in seinem Netzwerk. Routinginformationen werden von Routern gemeinsam genutzt, indem ein Routingprotokoll wie Border Gateway Protocol (BGP) verwendet wird.
Typen
Die meisten Router verwenden BGP (Border Gateway Protocol), um Routinginformationen freizugeben. Der Typ der freigegebenen Informationen hängt von der Nutzung des Routers und den verwendeten Funktionen ab.
Es gibt mehrere unterschiedliche Klassifizierungen oder Typen von Routern, die jeweils für unterschiedliche Netzwerkanforderungen verwendet werden.
- Access Router: Bei diesen Routern handelt es sich in der Regel um kostengünstige Geräte mit einfachen Routinganforderungen, die üblicherweise in einem Haus oder in kleinen Satellitenbüros verwendet werden.
- Distribution Router: Diese Router sammeln Routingdaten des Datenverkehrs mehrerer Router. Distribution Router verfügen über einen größeren Arbeitsspeicher und eine höhere Verarbeitungsleistung. Diese Art von Router ist dafür konzipiert, eine große Menge an Routinginformationen zu enthalten, und wird häufig verwendet, um die Dienstqualität in einem WAN zu verwalten und zu steuern.
- Edgerouter: Ein Edgerouter arbeitet an der Grenze zwischen Ihrem Netzwerk und anderen Netzwerken, z. B. zwischen Ihrem lokalen Netzwerk und dem Internet. Er fungiert als Gateway, um Datenverkehr zu filtern und führt abhängig vom Paketheader internes Routing oder Weiterleitung aus. Ein Edgerouter ist häufig mit Zugriffssteuerung oder Firewalls ausgestattet, um die Sicherheit zu erhöhen. Er könnte auch DHCP- und DNS-Dienste verarbeiten.
- Core Router: Diese Router werden manchmal auch als Enterprise Router bezeichnet und sind für höhere Bandbreiten konzipiert. Sie werden verwendet, um verschiedene Gebäude oder geografische Standorte miteinander zu verbinden. Corerouter weisen in der Regel weniger Features als Edgerouter auf, da ihr Hauptschwerpunkt auf der Minimierung von Paketverlusten und der Vermeidung von Überlastungen liegt. Sie leiten in der Regel Pakete an Edgerouter weiter.
Drahtlosrouter
Dieses Netzwerkgerät stellt alle Routingfunktionen eines regulären Access Routers zur Verfügung, bietet aber auch Funktionen für drahtlose Zugriffspunkte. Ein Drahtlosrouter oder drahtloser Zugriffspunkt ist darauf ausgelegt, eine nicht verdrahtete Verbindung mit einem Netzwerk herzustellen. Ein Ihrem Netzwerk zugeordneter Edgerouter übernimmt jede Bereitstellung für den Zugriff auf das Internet oder andere Netzwerke. Mit einem Drahtlosrouter können Sie einen anderen Netzwerktyp erstellen, der als WLAN (Wireless Local Area Network) bezeichnet wird.
Ein Drahtlosrouter sollte nicht mit einem Drahtlosmodem verwechselt werden. Ein Drahtlosmodem ist das Gerät, das Sie von Ihrem Internetdienstanbieter für Ihr Zuhause oder Büro erhalten. Es wandelt das Signal des Internetdienstanbieters in ein Signal um, das in einem Computernetzwerk verwendet werden kann. Drahtlose Modems werden in der Regel mit Routern kombiniert, damit Sie ein privates Heim- oder Büronetzwerk erstellen können.
Azure-Optionen
Zwei Azure-Optionen eignen sich für Routing und Verwaltung von Netzwerkdatenverkehr.
Azure Hub-Spoke
Bei der Hub-Spoke-Netzwerktopologie in Azure handelt es sich um eine Referenzarchitektur.
- Der Hub ist in der Regel ein virtuelles Azure-Netzwerk, das als zentraler Verbindungspunkt zwischen der Cloud und einem lokalen Netzwerk fungiert.
- Alle Spokes sind ebenfalls virtuelle Azure-Netzwerke, die über ein Peernetzwerk mit dem Hub verbunden sind.
Verbindungen zwischen der Cloud und dem lokalen Netzwerk können über VPN Gateway oder Azure ExpressRoute hergestellt werden.
Azure ExpressRoute
Eine ExpressRoute-Verbindung ist eine dedizierte Verbindung zwischen dem lokalen Netzwerk und der Cloud, für die eine höhere Bandbreite als für eine reguläre VPN Gateway-Verbindung verwendet wird. Ein Konnektivitätspartner hostet eine ExpressRoute-Verbindung und ist äußerst stabil.