Gateway

1. Was ist ein Gateway?

1. Was ist ein Gateway?

Als Gateway wird eine Hardware- oder Softwarekomponente bezeichnet, die eine Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Systemen herstellt. Der Begriff stammt aus der Informatik bzw. der Informations- und Kommunikationstechnik.

Gateways übernehmen die Rolle von Umwandlern oder Vermittlern. Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen Systemen, die nicht kompatibel zueinander sind. Solche Systeme können etwa Netzwerke sein, die mit unterschiedlichen Netzwerkprotokollen arbeiten. Dem Gateway kommt dabei die Aufgabe zu, beide Protokolle zu interpretieren und diese gegenseitig in das jeweils andere Netzwerkprotokoll umzusetzen. Es findet gewissermaßen ein Dolmetscher-Vorgang statt.

Als Gateways können dezidierte Netzwerke, einzelne Rechner oder spezielle Geräte und Softwareprogramme fungieren. Klassisches Beispiel ist ein DSL-Router oder Netzwerk-Switch, der eine Verbindung zwischen dem Internet und einem LAN-Netzwerk herstellt. Zudem lassen sich Mobilfunknetze mit unterschiedlicher Architektur über Gateways verbinden.

2. Wie funktionieren Gateways?

2. Wie funktionieren Gateways?

Gateways verbinden Netze, die zueinander nicht kompatibel sind. Solche nicht konformen Netze nutzen unterschiedliche Kommunikationsprotokolle, also eine voneinander abweichende Adressierung. Damit eine Verbindung dennoch möglich ist, müssen diese unterschiedlichen Netzprotokolle und Übertragungsverfahren gekoppelt werden.

Zu diesem Zweck nimmt das Gateway eine Protokollumsetzung vor. Das bedeutet, dass eingehende Daten zunächst konvertiert werden, ehe sie in das Zielnetz weitergeleitet werden. Dabei fallen nicht unterstützte Daten weg, während für den Weitertransport benötigte Daten ergänzt werden.

Die vollständige Umsetzung durch ein Gateway beinhaltet folgende Komponenten:

• Umsetzung der Adressierungen
• Umsetzung der Datenformate
• Konvertierung der Protokolle
• Zwischenpufferung der Datenpakete
• Paketbestätigung
• Anpassung der Übertragungsgeschwindigkeit

Gateways können auf allen Schichten des sogenannten OSI-Modells arbeiten.

Gateway-Funktion im OSI-Modell

Beim OSI-Modell (Open Systems Interconnection model) handelt es sich um ein Referenzmodell für Netzwerkprotokolle. Das Modell basiert auf einer Schichtenarchitektur. Es verfolgt das Ziel, Kommunikation über unterschiedliche technische Systeme hinweg zu realisieren. Im Rahmen des OSI-Referenzmodells werden bis zu 500 unterschiedliche Netzwerkprotokolle unterschieden.

Die Protokollumsetzung findet immer auf der kleinsten gemeinsamen Schicht (Layer) statt. Abhängig von der jeweiligen Schicht im OSI-Modell variiert die Arbeitsweise des Gateways.

Auf der ersten Ebene kommen sogenannte Medienkonverter zum Einsatz. Diese wandeln elektrische in optische Signale um. Durch ein Gateway wird somit das Übertragungsverfahren angepasst. Das Gleiche passiert auf der Ebene des zweiten Layers, wo eine Umsetzung zwischen unterschiedlichen Netzwerktypen stattfindet. In der dritten und vierten Schicht wird nicht die Übertragung selbst verändert, sondern unterschiedliche Protokolle werden miteinander verbunden.

In den Schichten 5-7 kommt es zu einer Umsetzung von Applikations­protokollen bzw. von unterschiedlichen Dateiformaten. Auf dieser Ebene werden beispielsweise Faxe konvertiert, damit diese über IP-basierte Datennetze übertragen werden können. Ein weiteres Beispiel ist die Umsetzung analoger Telefonie in VoIP-Telefonie.

3. Beispiele für Gateways

3. Beispiele für Gateways

Ein Gateway verbindet Netze, die verschiedenen Netzwerkprotokollen angehören, zum Beispiel E-Mail und Fax oder SMS und E-Mail. Zudem werden unterschiedliche Internetprotokolle über Gateways miteinander verbunden.

3.1 Gateway und Router

3.1 Gateway und Router

Zu den Anfängen des Internets waren Netzwerke mit unterschiedlicher Adressierung gang und gäbe. Um solche Netze zu verbinden, mussten deren Protokolle entsprechend konvertiert werden. Heutzutage stellt das Internet Protocol (IP) die Grundlage des Internets dar.

Da bei gleichartigen Netzen keine Protokollumsetzung notwendig ist, treten Router an die Stelle des Gateways. Router leiten Netzanfragen, die nicht zum jeweiligen Subnetz gehören, in das Zielnetzwerk weiter. Sie arbeiten dabei ausschließlich auf der dritten Ebene des OSI-Modells, während klassische Gateways auf sämtlichen Schichten agieren können. Bridges und Proxy Server zählen ebenfalls zu den gängigen Erscheinungsformen von Gateways.

3.2 Internet Gateway und VPN Gateway

3.2 Internet Gateway und VPN Gateway

Als Internet Gateway wird ein Netzwerkknoten bezeichnet, der Teilnehmern den Datenaustausch zwischen dem Internet und einem privaten, lokalen Netzwerk ermöglicht.

VPN Gateways sorgen für einen vertraulichen Datenaustausch zwischen standortunabhängigen Firmennetzwerken. Für die eigentliche Übertragung wird das öffentliche Internet genutzt. Der Zugriff auf das Netzwerk erfolgt jedoch über einen sicheren Datenkanal (VPN). Mit VPN Gateways wird eine sichere Vernetzung und Kommunikation zwischen Netzwerken an mehreren Standorten sowie die Bereitstellung von VPN-Einwahlzugängen realisiert.

3.3 Media Gateways

3.3 Media Gateways

Media Gateways spielen im Bereich der Telekommunikation eine wichtige Rolle. Ton-, Bild- und Videodaten können mittels Media Gateways zwischen unterschiedlichen Netzwerksystemen übertragen werden. Im Zuge der Protokollumsetzung werden nicht nur die Protokolldaten konvertiert, sondern auch die zu übertragenen Nutzdaten.

Media Gateways bilden zudem die Brücke zwischen analoger Telefonie bzw. ISDN-Telefonie und moderner IP-Telefonie. Sie werden in diesem Zusammenhang auch als VoIP Gateways bezeichnet.

Um eine technologieübergreifende Kommunikation zu ermöglichen, muss eine physikalische Verbindung zwischen den unterschiedlichen Netzwerktypen hergestellt werden. Dies geschieht über VoIP Gateways. Diese konvertieren herkömmliche Telefonie in IP-Datenpakete sowie umgekehrt. VoIP Gateways arbeiten somit vollduplex. Auf diese Weise können nicht IP-fähige Telefonanlagen dennoch für VoIP-Telefonie genutzt werden.

Media Gateways spielen zudem eine Rolle, wenn es um Aspekte der Digitalisierung wie Industrie 4.0 und IoT (Internet der Dinge) geht. Gateways kommt hierbei die Aufgabe zu, den Datentransfer zwischen Endgeräten, die auf unterschiedlichen IP-Protokollen basieren, zu gewährleisten.

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