Nachdem Gateway, Access Points und schließlich auch die Switches zunehmend auf UniFi umgestellt worden waren, stand als nächster Schritt das Backbone des Heimnetzwerks an. Zwischen dem zentralen Netzwerkschrank im Keller und den verschiedenen Unterverteilungen waren bereits Glasfaserverbindungen vorhanden. Dadurch war die grundlegende Infrastruktur für höhere Übertragungsraten bereits vorhanden. Die nächste Ausbaustufe lag deshalb nahe: 10 Gigabit Ethernet für die zentralen Verbindungen im Netzwerk.

Was ist eigentlich das Netzwerk-Backbone?

Als Backbone bezeichnet man vereinfacht gesagt die besonders leistungsfähigen Hauptverbindungen eines Netzwerks.
In meinem Fall befindet sich der Hauptverteiler im Keller. Von dort führen Verbindungen zu den Unterverteilungen. An diesen Unterverteilungen hängen wiederum verschiedene Endgeräte, Access Points, Kameras und Netzwerkanschlüsse. Damit kann über eine einzelne Verbindung zwischen Unterverteiler und Hauptverteiler gleichzeitig der Datenverkehr vieler Geräte laufen. Genau hier liegt der Unterschied zu einem normalen Netzwerkanschluss eines einzelnen PCs.

Warum 10 Gbit/s, wenn die meisten Geräte nur 1 Gbit/s können?

Ein einzelner Computer benötigt im Alltag nur selten mehr als eine Gigabit-Verbindung. Bei einem Backbone sieht das anders aus. Angenommen, an einem Unterverteiler befinden sich mehrere Computer, Access Points, Kameras und andere Geräte. Deren Datenverkehr muss sich gemeinsam die Verbindung zum Hauptverteiler teilen.

Bei einem 1-Gbit-Uplink steht für alle diese Geräte zusammen maximal ungefähr 1 Gbit/s zur Verfügung.
Mit einem 10-Gbit-Uplink erhöht sich diese Kapazität erheblich.

Das bedeutet nicht, dass plötzlich jedes angeschlossene Gerät mit 10 Gbit/s kommuniziert. Ein Gerät mit einem Gigabit-Netzwerkanschluss bleibt weiterhin auf 1 Gbit/s begrenzt. Mehrere Geräte können ihre Verbindungen aber gleichzeitig wesentlich besser ausnutzen, ohne dass der Uplink zwischen den Switches sofort zum Flaschenhals wird.

Glasfaser als Verbindung zwischen den Verteilern

Für die Verbindungen zwischen den Netzwerkverteilern kommt Glasfaser zum Einsatz. Gerade für solche Backbone-Verbindungen bietet Glasfaser einige Vorteile. Neben den hohen möglichen Übertragungsgeschwindigkeiten spielt auch die elektrische Trennung eine Rolle. Zwischen den Geräten besteht keine leitende Kupferverbindung. Außerdem lassen sich über Glasfaser auch größere Entfernungen problemlos überbrücken und spätere Geschwindigkeitssteigerungen sind häufig möglich, ohne die bereits verlegten Fasern austauschen zu müssen.

Die Glasfaserverbindungen zu den Switches in den Unterverteilungen hatte ich bereits von Anfang an vorgesehen und entsprechend verlegt. Zu Beginn liefen diese Verbindungen allerdings noch mit 1 Gbit/s.

Mit dem späteren Austausch auf UniFi-Switches änderte sich das. Die neuen Switches unterstützten 10-Gbit/s-Uplinks, sodass an der bestehenden Glasfaserverkabelung selbst nichts geändert werden musste. Es reichte aus, die bisherigen SFP-Module gegen passende SFP+-Module für 10 Gbit/s auszutauschen.

Ein zentraler Aggregation Switch

Im Hauptverteiler kam zusätzlich ein UniFi Switch Aggregation zum Einsatz. Ein Aggregation Switch ist im Prinzip ein Switch, der speziell für schnelle Verbindungen zwischen anderen Switches, Servern oder leistungsfähigen Netzwerkgeräten eingesetzt wird. Der UniFi Switch Aggregation verfügt über acht SFP+-Anschlüsse mit jeweils bis zu 10 Gbit/s. Damit eignet er sich gut als zentraler Punkt für mehrere schnelle Glasfaserverbindungen, er bildet damit gewissermaßen den schnellen Kern des internen Netzwerks.

SFP+ statt klassischem RJ45

Bei 10-Gigabit-Verbindungen kommt häufig SFP+ zum Einsatz. SFP+ ist kein fest definierter Kabelanschluss wie RJ45. Stattdessen wird ein passendes Transceiver-Modul in den Switch eingesetzt. Je nach benötigter Verbindung können darin beispielsweise Glasfasermodule oder auch DAC-Kabel verwendet werden.

Für Glasfaser wird auf beiden Seiten der Verbindung jeweils ein passendes SFP+-Modul eingesetzt. Diese wandeln die elektrischen Signale des Switches in optische Signale für die Glasfaser um und auf der Gegenseite wieder zurück.
Dadurch lässt sich die Technik relativ flexibel an die vorhandene Verkabelung anpassen.

Wo bringt 10 Gbit/s tatsächlich etwas?

Besonders interessant wird das schnellere Backbone bei großen Datenübertragungen.
Dazu gehören beispielsweise:

• Zugriffe auf einen zentralen Server oder ein NAS
• große Dateiübertragungen
• Backups
• mehrere gleichzeitige Netzwerkzugriffe
• Streaming mehrerer Medien
• Datenverkehr mehrerer Access Points
• Kamerastreams
• virtuelle Maschinen oder andere Serverdienste

Gerade ein zentraler Server kann von einer schnelleren Netzwerkanbindung profitieren, weil viele unterschiedliche Geräte gleichzeitig darauf zugreifen. Das Ziel besteht deshalb nicht darin, jeden Fernseher, jede Kamera oder jedes Smartphone mit 10 Gbit/s anzubinden. Viel wichtiger ist, dass die zentralen Verkehrswege des Netzwerks genügend Reserven für die Zukunft besitzen.

Mehr Bandbreite dort, wo sie gebraucht wird

Genau das war der Gedanke hinter dem Upgrade. Normale Endgeräte können weiterhin mit 1 Gbit/s oder – je nach Gerät – mit höheren Geschwindigkeiten angebunden werden. Zwischen den zentralen Komponenten des Netzwerks steht dagegen deutlich mehr Bandbreite zur Verfügung.

Damit entsteht eine Art Hierarchie: Endgeräte → Access-Switches → 10-Gbit-Backbone → zentraler Netzwerkkern
Dieses Prinzip findet sich auch in wesentlich größeren Unternehmensnetzwerken wieder – dort natürlich in anderen Dimensionen.

Für ein Heimnetzwerk sind 10 Gbit/s sicherlich nicht zwingend notwendig. Wenn allerdings bereits mehrere Netzwerkverteiler, ein zentraler Server, zahlreiche Access Points und weitere Netzwerkgeräte vorhanden sind, schafft ein schneller Backbone zusätzliche Reserven und verhindert Engpässe an zentralen Stellen.

Die Infrastruktur wächst mit

Mit dem 10-Gbit-Upgrade war damit auch die Verbindung zwischen den verschiedenen Bereichen des Hauses für zukünftige Anforderungen gut aufgestellt.

Besonders praktisch war dabei, dass ich gleich auf Glasfaserverkabelung gesetzt habe. Statt neue Leitungen durchs Haus ziehen zu müssen, konnten hauptsächlich die aktiven Netzwerkkomponenten auf die höhere Geschwindigkeit umgestellt werden.

Das zeigt gleichzeitig einen der Vorteile einer vorausschauenden Netzwerkverkabelung: Die Anforderungen an die Geschwindigkeit ändern sich mit der Zeit – eine einmal sinnvoll verlegte Infrastruktur kann dagegen viele Jahre genutzt werden.

Nach Gateway, Switches und Backbone fehlt in dieser Serie nun noch ein wesentlicher Bestandteil des Netzwerks:

Weiter geht es im nächsten Beitrag:
Sechs Access Points – WLAN-Abdeckung im ganzen Haus

Nachdem mit dem UniFi Cloud Gateway Ultra bereits Router, Firewall und Netzwerkverwaltung in die UniFi-Umgebung gewandert waren, blieb noch ein größerer Teil des Netzwerks übrig: die Switches. Über die Jahre war die Netzwerkinfrastruktur Stück für Stück gewachsen. Entsprechend kamen Geräte verschiedener Hersteller zum Einsatz.

Im zentralen Netzwerkschrank im Keller arbeitete ein 24-Port-POE-Switch von Netgear. Zusätzlich gab es mehrere kleinere Zyxel-Switches in den Unterverteilungen, eins im Erdgeschoss und eins auf dem Dach.

Technisch funktionierte diese Kombination mehr oder weniger gut. Mit dem zunehmenden Ausbau der UniFi-Infrastruktur wurde jedoch ein Nachteil immer deutlicher: Die Switches ließen sich nicht gemeinsam mit den Access Points und dem Gateway über UniFi Network verwalten.

Warum die Switches überhaupt austauschen?

Ein funktionierender Switch muss grundsätzlich nicht ersetzt werden, nur weil er von einem anderen Hersteller stammt. Für mich lag der Vorteil eines vollständigen UniFi-Netzwerks deshalb weniger in einer höheren reinen Übertragungsgeschwindigkeit, sondern vor allem in der zentralen Verwaltung. Statt mehrere unterschiedliche Weboberflächen und Konfigurationen zu verwenden, können Gateway, Switches und Access Points gemeinsam über UniFi Network administriert werden.

Damit lässt sich beispielsweise direkt erkennen:

• welches Gerät an welchem Switch-Port angeschlossen ist
• welche Geschwindigkeit ein Port ausgehandelt hat
• wie viel Datenverkehr über einen Port läuft
• welchem Netzwerk oder VLAN ein Port zugeordnet ist
• ob ein PoE-Gerät versorgt wird und wie viel Leistung es benötigt
• über welchen Switch und Access Point ein Client mit dem Netzwerk verbunden ist
• ob es Auffälligkeiten oder Verbindungsprobleme gibt

Gerade bei einem Netzwerk mit mehreren Verteilungen wird diese Übersicht zunehmend wertvoll.

Hauptverteiler und Unterverteiler

Der zentrale Punkt des Netzwerks befindet sich im Keller. Dort laufen die wichtigsten Netzwerkverbindungen zusammen und von dort aus werden auch die Unterverteiler in den verschiedenen Gebäudebereichen angebunden.
Die Struktur sieht vereinfacht folgendermaßen aus:

Hauptverteiler im Keller
→ Unterverteiler Erdgeschoss
→ Unterverteiler Dach

An den Unterverteilungen hängen wiederum die Netzwerkgeräte des jeweiligen Bereichs – beispielsweise Access Points, Kameras, Smart-Home-Komponenten oder klassische LAN-Anschlüsse. Durch die Umstellung auf UniFi-Switches wurde damit nicht nur der zentrale Switch, sondern nach und nach auch die komplette Verteilung Teil der zentral verwalteten Netzwerkinfrastruktur.

Vorteile bei VLANs und Netzwerksegmenten

Besonders hilfreich wird ein gemanagtes Netzwerk, wenn unterschiedliche Geräte voneinander getrennt werden sollen. In einem modernen Heimnetz befinden sich längst nicht mehr nur Computer und Smartphones. Hinzu kommen unter anderem:

• Smart-Home-Geräte
• Kameras
• Fernseher und Streaminggeräte
• Server
• Access Points
• Netzwerkdrucker
• IoT-Geräte

Nicht jedes dieser Geräte muss uneingeschränkt mit jedem anderen Gerät kommunizieren können. Über VLANs lassen sich solche Geräte logisch voneinander trennen, obwohl sie teilweise über dieselben Switches und Netzwerkleitungen angeschlossen sind. Mit vollständig in UniFi eingebundenen Switches kann die entsprechende Netzwerkzuordnung direkt pro Port vorgenommen werden. Dadurch wird die Konfiguration deutlich übersichtlicher.

Auch die Fehlersuche wird einfacher

Ein weiterer Vorteil zeigte sich bei der Fehlersuche. Wenn ein Gerät plötzlich nicht mehr erreichbar ist, kann in UniFi relativ schnell geprüft werden, an welchem Switch und Port es angeschlossen ist und mit welcher Geschwindigkeit die Verbindung besteht. Auch fehlerhafte Verkabelungen oder Verbindungen, die unerwartet nur mit 100 Mbit/s statt mit 1 Gbit/s arbeiten, fallen dadurch wesentlich schneller auf.

Bei mehreren voneinander getrennten Netzwerkverteilern ist das deutlich angenehmer, als zunächst herausfinden zu müssen, an welchem Switch ein bestimmtes Gerät überhaupt angeschlossen ist.

PoE für Access Points und Kameras

Alle meine Switche konnten von Anfang an POE, das war mir wichtig. Dabei werden kompatible Geräte über das Netzwerkkabel mit Strom versorgt. Gerade für Access Points und Netzwerkkameras ist das praktisch. Statt zusätzlich eine Steckdose oder ein separates Netzteil zu benötigen, reicht ein einziges Netzwerkkabel bis zum jeweiligen Gerät.

Bei gemanagten PoE-Switches lässt sich die Stromversorgung der einzelnen Ports zudem überwachen und bei Bedarf auch gezielt neu starten. Das ist insbesondere bei fest montierten Access Points oder Kameras hilfreich.
Ich habe zusätzlich noch eine Türklingel von Doorbird, die über POE versorgt wird sowie zwei Tablets in den Fluren

Ein Netzwerk aus einer Oberfläche

Nach dem Austausch der alten Netgear- und Zyxel-Switches bestand damit ein wesentlich größerer Teil des Heimnetzwerks aus UniFi-Komponenten. Gateway, Switches und Access Points konnten nun gemeinsam in einer Oberfläche verwaltet werden.Das verändert zwar nicht grundsätzlich die Funktionsweise eines Ethernet-Netzwerks, macht Administration, Überwachung und Fehlersuche aber deutlich angenehmer.

Besonders bei einem Netzwerk, das über mehrere Stockwerke und Gebäudebereiche verteilt ist, wird dieser Vorteil schnell spürbar.Mit dem Austausch der Switches war die Modernisierung allerdings noch nicht abgeschlossen. Zwischen den einzelnen Netzwerkverteilern bestand bereits eine Glasfaserverbindung. Diese sollte im nächsten Schritt auf eine deutlich höhere Geschwindigkeit gebracht werden.

Weiter geht es im nächsten Beitrag:
10-Gbit-Upgrade – Glasfaser-Backbone und UniFi Aggregation Switch

Vom Raspberry Pi und UniFi USG zum Cloud Gateway Ultra

In einem früheren Beitrag habe ich beschrieben, wie auf einem Raspberry Pi 4 neben verschiedenen anderen Diensten auch der UniFi Network Controller lief. Zu diesem Zeitpunkt kamen bereits Access Points von Ubiquiti UniFi zum Einsatz und der Raspberry Pi übernahm deren zentrale Verwaltung. Mit dem weiteren Ausbau des Netzwerks kam später ein UniFi Security Gateway, kurz USG, hinzu.

Damit bestand die UniFi-Infrastruktur zunächst aus zwei getrennten Komponenten: Der Controller lief als Software auf dem Raspberry Pi, während das USG als Router beziehungsweise Gateway zwischen dem Heimnetzwerk und dem Internet arbeitete und gleichzeitig die Firewall-Funktionen übernahm.

Was machte eigentlich der UniFi Controller?

Der Begriff „Controller“ kann bei UniFi zunächst etwas missverständlich sein. Die Software übernimmt nicht den eigentlichen Netzwerkverkehr. Ein Access Point funktioniert beispielsweise auch weiter, wenn der Controller gerade nicht erreichbar ist.

Der UniFi Network Controller dient vielmehr zur zentralen Konfiguration und Verwaltung der UniFi-Geräte. Darüber werden unter anderem WLANs eingerichtet, Netzwerke und VLANs konfiguriert, Firmwareupdates durchgeführt sowie verbundene Geräte und Statistiken angezeigt.

Gerade wenn mehrere Access Points, Switches und Gateways eingesetzt werden, ist diese zentrale Verwaltung einer der großen Vorteile des UniFi-Systems.

Bei mir lief diese Software zunächst auf dem ohnehin vorhandenen Raspberry Pi.

Das USG übernimmt Router und Firewall

Mit dem UniFi Security Gateway wurde schließlich auch der Übergang zwischen Heimnetz und Internet Teil der UniFi-Umgebung.

Das USG übernahm Routing und Firewall und konnte ebenfalls über den UniFi Controller konfiguriert werden. Dadurch wurden nicht mehr nur die Access Points, sondern zunehmend auch die eigentliche Netzwerkinfrastruktur zentral verwaltet.

Die Aufgaben waren trotzdem noch klar getrennt:
Raspberry Pi: UniFi Network Controller
UniFi USG: Router, Gateway und Firewall

Das funktionierte lange zuverlässig und hatte durchaus seinen Reiz. Der Controller ließ sich auf eigener Hardware betreiben und die einzelnen Komponenten konnten unabhängig voneinander ausgetauscht werden. Allerdings bedeutete es auch, dass für die vollständige Verwaltung des Netzwerks immer eine zusätzliche Controller-Installation vorhanden sein musste.

Das Ende des USG

Irgendwann fiel das USG schließlich aus und musste ersetzt werden. Anstatt wieder ein separates Gateway einzusetzen, fiel die Entscheidung diesmal auf das UniFi Cloud Gateway Ultra und damit änderte sich auch der grundsätzliche Aufbau.
Beim Cloud Gateway Ultra sind Gateway, Router, Firewall und die UniFi-Network-Verwaltung in einem Gerät zusammengefasst. Eine zusätzliche UniFi-Controller-Installation auf dem Raspberry Pi wird dadurch nicht mehr benötigt.

Aus zuvor zwei voneinander getrennten Systemen wurde damit eine zentrale UniFi-Plattform.

Was übernimmt das Cloud Gateway Ultra?

Das Cloud Gateway Ultra sitzt heute am Übergang zwischen Internetanschluss und lokalem Netzwerk.

Zu seinen Aufgaben gehören unter anderem:

• Routing zwischen den verschiedenen Netzwerken
• Firewall-Regeln
• Verwaltung der Internetverbindung
• DHCP und weitere Netzwerkdienste
• Verwaltung von VLANs und Netzwerksegmenten
• VPN-Verbindungen
• Überwachung und Auswertung des Netzwerkverkehrs
• zentrale Verwaltung der UniFi Access Points und Switches

Über die UniFi-Network-Oberfläche befindet sich damit inzwischen ein Großteil der Netzwerkkonfiguration an einer zentralen Stelle. Gerade mit zunehmender Anzahl an UniFi-Komponenten ist das deutlich übersichtlicher als die ursprüngliche Lösung mit einem separat betriebenen Controller.

Firewall und Sicherheitsfunktionen

Ein weiterer Grund für den Einsatz eines richtigen Gateways ist die Kontrolle darüber, welcher Datenverkehr zwischen Internet und internem Netzwerk beziehungsweise zwischen verschiedenen internen Netzwerken erlaubt ist. Über die Firewall lassen sich beispielsweise Netzwerkbereiche voneinander trennen und Zugriffe gezielt erlauben oder blockieren.

Das wird umso interessanter, je mehr unterschiedliche Geräte sich im Heimnetz befinden. Neben klassischen Computern und Smartphones kommen inzwischen Smart-Home-Komponenten, Kameras, Server, Fernseher und zahlreiche weitere Netzwerkgeräte hinzu.

Nicht jedes dieser Geräte muss uneingeschränkt mit jedem anderen Gerät kommunizieren können. Ein entsprechend aufgebautes Netzwerk schafft deshalb nicht nur mehr Übersicht, sondern kann auch die Sicherheit erhöhen.

Ein weiterer Schritt Richtung vollständiges UniFi-Netzwerk

Mit dem Cloud Gateway Ultra war schließlich nicht mehr nur das WLAN Teil der UniFi-Infrastruktur, sondern auch das zentrale Gateway des Netzwerks.

Dabei sollte es allerdings nicht bleiben.

Im Netzwerk waren zu diesem Zeitpunkt noch Switches verschiedener Hersteller im Einsatz. Im Hauptverteiler arbeitete ein 24-Port-POE-Switch von Netgear, während in mehreren Unterverteilungen kleinere Zyxel-POE-Switches ihren Dienst verrichteten.

Technisch funktionierte das mehr oder weniger problemlos. Allerdings konnten diese Geräte natürlich nicht zentral über UniFi Network verwaltet werden. Außerdem wollte die VLAN Einrichtung nicht so richtig klappen womit ich dies schließlich aufgab und es noch bis 2026 ein nur Netz gab.

Der nächste Schritt lag damit nahe: Auch die Switch-Infrastruktur sollte auf UniFi umgestellt werden.

Weiter geht es im nächsten Beitrag:
Das Heimnetz wird komplett UniFi – Austausch der Switches