Hub vs. Switch, Netzwerktopologien & Glasfasertechnik

Unterschiede zwischen Hub und Switch

Im Netzwerkbereich spielen Hubs und Switches eine entscheidende Rolle bei der Datenübertragung. Hier sind die wichtigsten Unterschiede und Merkmale im Detail:

Der Hub (Kopplungselement)

• Arbeitsebene: Arbeitet auf der physischen Ebene (Physical Layer / Bitübertragungsschicht).
• Filterung & Übertragung: Er besitzt Filterfunktionen. Die Daten werden an alle angeschlossenen Rechner wie auf einem gemeinsamen Bus übertragen.
• Netzwerkmedium: Schafft ein einziges, gemeinsam genutztes Netzwerkmedium (Shared Medium).
• Kollisionsdomäne: Fasst alle Geräte in einer einzigen Kollisionsdomäne zusammen.
• Geschwindigkeit & Kapazität: Die Einschränkung der Geräte liegt bei 4 bis 10 Mbit/s und 100 Mbit/s. Alle Ports arbeiten mit derselben Geschwindigkeit.
• Skalierbarkeit: Hubs werden als eine physische Einheit gestapelt.

Der Switch

• Arbeitsebene: Arbeitet auf der Sicherungsschicht (Link-Layer / MAC-Ebene).
• Filterung & Übertragung: Verfügt über dedizierte Filterfunktionen. Es gibt eigene, dedizierte Verbindungen statt eines einfachen Shared Mediums.
• Kollisionsdomäne: Erzeugt so viele Kollisionsdomänen wie Ports vorhanden sind, bildet jedoch eine einzige Broadcast-Domäne.
• Geschwindigkeit: Unterstützt Anschlüsse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
• Skalierbarkeit: Es gibt keine feste Begrenzung der Geräteanzahl (wird vom Hersteller festgelegt).

Netzwerktopologien im Überblick

Die Ring-Topologie

Die Ring-Topologie schließt sich selbst zu einem Kreis (basierend auf einer Bus-Struktur):

• Verbindung: Jede Station besitzt eine Peer-to-Peer-Verbindung mit zwei benachbarten Stationen (Zwei-Wege-Ausbreitung).
• Signalverarbeitung: Jeder Knoten regeneriert das Signal, was zu einer zunehmenden Komplexität führt.
• Erweiterbarkeit: Neue Netzwerkgeräte lassen sich einfach in das bestehende Netz integrieren.
• Ausfallsicherheit: Ein Leitungsbruch oder der Ausfall einer Station führt zum kompletten Netzwerkausfall (Netzwerkabsturz).
• Fehlerdiagnose: Probleme und Fehlerquellen lassen sich relativ leicht lokalisieren.

Die Stern-Topologie (Star Topology)

• Verbindung: Es besteht eine vollständige Verbindung aller Stationen zu einer zentralen Station (zentraler Konzentrator/Verteiler).
• Erweiterbarkeit: Neue Geräte lassen sich sehr einfach anbinden.
• Ausfallsicherheit: Der Ausfall eines einzelnen Knotens hat keinen Einfluss auf das restliche Netzwerk. Fällt jedoch die zentrale Verteilerstation aus, bricht das gesamte Netzwerk zusammen.
• Kosten & Performance: Es entstehen höhere Kosten, dafür wird jedoch eine schnelle Kommunikation ermöglicht.

Lichtwellenleiter: Brechung und Reflexion

In der optischen Fasertechnik (Glasfaser) kommen spezielle Methoden zur Lichtausbreitung zum Einsatz:

Das Snellsches Gesetz (Snellius-Brechungsgesetz)

Wenn ein Lichtstrahl die Grenze von einem transparenten physischen Medium zu einem anderen, ebenfalls transparenten Medium überschreitet, in dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit jedoch geringer ist, ändert sich seine Flugbahn.

Die Brechung beschreibt die Richtungsänderung des Lichtstrahls durch die Veränderung seiner Geschwindigkeit beim Übergang zwischen Medien unterschiedlicher Dichte.

• I = Einfallswinkel
• R = Brechungswinkel

Eine Erhöhung des Einfallswinkels I führt zu einer Veränderung des Brechungswinkels R. Durch die gezielte Erhöhung des Einfallswinkels kann erreicht werden, dass sich der gebrochene Strahl horizontal entlang der Grenzfläche bewegt. Dieser Punkt wird als kritischer Winkel (Grenzwinkel) bezeichnet. Wird dieser Winkel überschritten, wird das Licht komplett reflektiert – dies nennt man Totalreflexion.