Что такое Концентратор

Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub - центр деятельности) - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети . Устройства подключаются при помощи витой пары , коаксиального кабеля или оптоволокна . Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных : USB , FireWire и пр.

В настоящее время хабы почти не выпускаются - им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».

Принцип работы

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI , повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключённые к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий . Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса , все подключённые устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели концентраторов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключённых устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре, гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано концентратором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы - устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент, домен коллизии.

[Править] Упрощённое описание принципа работы

Хаб работает по следующему принципу: копирует все полученные пакеты во все порты. При этом может возникнуть проблема, при которой по двум и более портам приходят пакеты в одно и то же время. Другая проблема - безопасность - все пакеты доходят до всех компьютеров сети, поэтому существует возможность несанкционированного доступа к информации. И, наконец, ещё одной проблемой является то, что копирование пакетов повышает нагрузку на сеть, причём весьма существенно - весь трафик сегмента сети поступает к каждому из компьютеров и тем самым загружает сеть.

[Править] Характеристики сетевых концентраторов

Количество портов - разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 12, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.

Скорость передачи данных - измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.

Тип сетевого носителя - обычно это витая пара или оптоволокно , но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля .

Тип питания - концентраторы без внешнего питания называются «пассивными», с внешним питанием - «активными». Пассивные сетевые концентраторы до сих пор нередко применяются для построения малых сетей в условиях частого отключения электричества (при условии наличия у всех рабочих станций автономного питания - например, если они являются портативными компьютерами).

Сетевой концентратор, иначе называемый хабом - это контроллер, объединяющий несколько Ethernet-устройств в один сетевой сегмент. Устройства подключаются к хабу с помощью оптоволоконного или коаксиального кабеля. Применяется для этого и

витая пара. Принцип работы концентратора несложен: он размножает все пришедшие пакеты данных и отсылает их во все подключенные к нему порты.

Концентратор сетевой, как и остальные типы концентраторов, имеет свои качественные характеристики. Во-первых, производительность и цена хаба зависят от количества портов. Чем больше Ethernet-устройств к нему подключается, тем выше производительность и стоимость концентратора. Обычно хаб оснащен четным количеством разъемов, число которых варьируется от четырех до 24, однако некоторые виды имеют пять выходов. Количество портов можно увеличить, каскадно соединив несколько хабов. Для такого подключения в каждом концентраторе предусмотрен специальный разъем.

Имеет сетевой концентратор и еще одну немаловажную характеристику - скорость копирования и передачи пакетов с данными. Некоторые хабы способны и

зменять свою скорость в диапазоне от десяти до ста мегабит в секунду. В таких устройствах она меняется двумя способами: или автоматически, или вручную, с помощью переключателя. При этом установленная скорость распространяется на все активные порты. Различаются хабы и по типу сетевого носителя. Как правило, эта роль достается либо либо витой паре, но есть концентраторы, поддерживающие и другие типы носителей. Также существуют хабы для смешанных типов, например, поддерживающие «гибрид» витой пары с коаксиальным кабелем.

Принцип работы хабов весьма несовершенен. Пакет данных, пришедший с одного канала, сетевой концентратор копирует во все остальные подключенные к нему каналы, что сильно снижает скорость интернета, поскольку все веб-устройства соединяются с сетью через общий канал. Если два пакета копируются одновременно, может возникнуть коллизия, то есть столкновение одинаковых сигналов, при котором некоторые данные теряются. Некоторые виды концентраторов защищены от слишком большого числа коллизий. Как правило, основаны они на витой паре. В случае сбоя это позволяет изолировать отдельное

устройство, тогда как сетевой концентратор, подключенный через отключает сразу весь сегмент.

Влияет хаба и на безопасность данных. Если компьютер входит в пакеты данных одной системы доходят до всех остальных узлов. Из-за этого все личные настройки соцсетей, пароли блогов, форумов и прочие закрытые данные могут стать известны всем членам этой сети. По этим причинам сетевой USB-концентратор все чаще заменяется или свитчем. Это устройство, получившее ошибочное звание «интеллектуального концентратора», различает МАС-адреса входящих в сеть компьютеров и отсылает данные только в выбранный пользователем порт. Пакеты при этом проходят через буфер, что исключает возникновение коллизий, перегрузку линии и утечку данных. Благодаря надежности и невысокой цене, свитчи все чаще используются в домашних системах, тогда как хабы уже практически не продаются.

Тренинг по работе с розничными сетями - какой Тренинг.

Принцип работы сетевого концентратора (хаба)

Или сетевой хаб - это устройство для подключения нескольких Ethernet устройств между собой, в дальнейшем устройства работают как один сегмент сети.

Имеет несколько портов ввода/вывода. Сигнал подаётся на один из портов ввода и выводится на все остальные, кроме входного порта. Данное устройство работает на физическом уровне сетевой модели OSI . Сетевой хаб является одним из видов повторителя (repeater), участвующий в обнаружении коллизий (переполнений), возобновляет передачу данных в порт через случайный интервал времени, если выявлено столкновение. В последнее время концентраторы стали менее актуальны, в связи с высокой популярностью сетевых коммутаторов .

Сетевой хаб является простым устройством. В нём нет функции управления трафиком, каждый пакет данных, который приходит в в порт, автоматически ретранслируется во все остальные. Устройство не отслеживает источник передачи и точку назначения. Хотя, при желании можно воспользоваться специальным программным обеспечением, которое контролирует и фиксирует поток переданной информации в своей базе данных. Данную информацию можно просмотреть в текстовом виде, например с помощью Ворда. А скачать Ворд 2003 бесплатно в интрнете можно легко. Данный мониторинг движения данных через сетевой концентратор очень удобен для системных администраторов.

Характеристики сетевого концентратора (хаба)

• Количество портов: 2-48. Часто используются 4,8,16 портовые.
• Скорость передачи данных. 10 Мбит/с или 100 Мбит/с.
• Наличие разных интерфейсов подключения (оптические, коаксиальные)

Преимущества и недостатки сетевого концентратора (хабов)

Преимущества

• Низкая стоимость устройства

Недостатки

• При увеличении подключаемых устройств - уменьшается пропускная способность, которая делится на все задействованные устройства.
• Так как порты в сетевом концентраторе являются не изолированными, то весь сегмент сети работает на скорости, которую поддерживает самый низкоскоростное устройство.
• Низкая безопасность.

Концентратор - центральный узел обмена информацией между несколькими конечными станциями сети. Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются.

Коммутатор - осуществляет передачу пакетов между всеми парами портов по алгоритму моста. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI.

Принцип работы коммутатора: Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя ещё не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется

Режимы коммутации .

Существует три способа коммутации. Каждый из них - это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

С промежуточным хранением. Коммутатор читает всю информацию во фрейме, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него фрейм.

Сквозной. Коммутатор считывает во фрейме только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

Бесфрагментный или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий.

Особенности технической реализации коммутаторов.

коммутационная матрица ; Основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов. Входные блоки процессоров портов на основании просмотра адресной таблицы коммутатора определяют по адресу назначения номер выходного порта. Эту информацию они добавляют к байтам исходного кадра в виде специального ярлыка - тэга (tag).

разделяемая память; Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров соединяются с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входа и выхода разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов. В разделяемой памяти менеджер организует несколько очередей данных, по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров передают менеджеру портов запросы на запись данных в очередь того порта, который соответствует адресу назначения пакета. Менеджер по очереди подключает вход памяти к одному из входных блоков процессоров и тот переписывает часть данных кадра в очередь определенного выходного порта. По мере заполнения очередей менеджер производит также поочередное подключение выхода разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов, и данные из очереди переписываются в выходной буфер процессора.

общая шина. Коммутаторы с общей шиной используют для связи процессоров портов высокоскоростную шину, используемую в режиме разделения времени. Входной блок процессора помещает в ячейку, переносимую по шине, тэг, в котором указывает номер порта назначения. Каждый выходной блок процессора порта содержит фильтр тэгов, который выбирает тэги, предназначенные данному порту. Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но так как данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, то задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет.

Конструктивное исполнение коммутаторов.

автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов;

модульные коммутаторы на основе шасси;

коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек.

Управляемые коммутаторы Ethernet . Управление коммутаторами производится на основе протоколов SNMP (Simple Network Management Protocol) и RMON (Remote Monitoring). Протокол SNMP входит в стек протоколов TCP/IP и широко используется для получения от коммутатора информации о его статусе, производительности и других характеристиках, которые хранятся в базе данных коммутатора. Протокол RMON определяет возможность удаленного мониторинга и управления коммутатором.

RMON позволяет управлять и следить за состоянием коммутатора с удаленного компьютера с возможностью передачи требуемых данных по сети. Кроме того, в протокол RMON были добавлены дополнительные счетчики об ошибках, более гибкие средства анализа статистики, средства фильтрации и т.д.

Управляемые коммутаторы обладают также дополнительными функциями, важнейшими из которых являются: 1. фильтрация трафика; 2. приоритетная обработка кадров; 3. поддержка протокола Spanning Tree Protocol (STP); 4. поддержка транкового объединения портов; 5. поддержка виртуальных сетей VLAN.

Фильтрация трафика позволяет создавать пользовательские фильтры, которые ограничивают доступ заданных заранее групп пользователей к определенным службам сети. Фактически фильтрация трафика - это сервис, повышающий уровень сетевой безопасности.

Приоритетная обработка кадров подразумевает возможность обрабатывать входящие кадры не на основе принципа First Input First Output (FIFO), когда каждый кадр обрабатывается в соответствии с очередью его поступления, а в соответствии с указанным приоритетом.

Поддержка протокола Spanning Tree Protocol, то есть алгоритма покрывающего дерева, определяет корректную работу коммутатора в случае, когда между конечными узлами сети существует несколько логических или физических маршрутов, в состав которых входят коммутаторы. Такие дублирующие пути могут возникнуть случайно, при ошибках в монтаже сети, или могут прокладываться специально для повышения отказоустойчивости сети. Суть алгоритма состоит в определении оптимального маршрута и блокировке или резервировании всех остальных

Поддержка транкового объединения портов позволяет создавать высокоскоростные каналы связи, объединяя несколько физических каналов в один логический, что можно использовать для связи коммутаторов друг с другом или коммутатора с сервером.

Поддержка виртуальных сетей (Virtual LAN, VLAN) позволяет с помощью коммутатора создавать изолированные друг от друга локальные сети.

Spanning Tree .

Протокол покрывающего дерева.

Поддерживающие алгоритм STA мосты и коммутаторы автоматически создают активную древовидную конфигурацию связей (то есть связную конфигурацию без петель), находя ее адаптивно с помощью обмена служебными пакетами.

В сети определяется корневой мост (root bridge), от которого строится дерево. Для каждого моста определяется корневой порт (root port) - это порт, который имеет кратчайшее из всех портов данного моста расстояние до корневого моста (точнее, до любого из портов корневого моста).

Расстояние до корня (root path cost) определяется как суммарное условное время на передачу данных от порта данного моста до порта корневого моста. Условное время сегмента (designated cost) рассчитывается как время, затрачиваемое на передачу одного бита информации в 10-наносекундных единицах между непосредственно связанными по сегменту сети портами. Так, для сегмента Ethernet это время равно 10 условным единицам, а для сегмента Token Ring 16 Мб/с - 6.25.

Для каждого логического сегмента сети выбирается так называемый назначенный мост (designated bridge), один из портов которого будет принимать пакеты от сегмента и передавать их в направлении корневого моста через корневой порт данного моста, а также принимать пакеты для данного сегмента, пришедшие на корневой порт со стороны корневого моста. Такой порт называется назначенным портом (designated port). Назначенный порт сегмента имеет наименьшее расстояние до корневого моста, среди всех портов, подключенных к данному сегменту. Назначенный порт у сегмента может быть только один. У корневого моста все порты являются назначенными, а их расстояние до корня полагается равным нулю. Корневого порта у корневого моста нет.

Для того, чтобы мосты могли идентифицировать себя и своих ближних и дальних соседей по сети, каждой мост, поддерживающий STA, имеет уникальный идентификатор. Этот идентификатор состоит из двух частей. Младшую часть составляет MAC-адрес моста, имеющий длину 6 байтов. Старшая часть, имеющая длину 2 байта, является приоритетом данного моста, и его может изменять администратор сети по своему усмотрению.

Идентификатор моста играет определяющую роль при выборе корневого моста. Приоритет имеет преимущественное значение в этом выборе - корневым выбирается мост, имеющий наименьшее значение идентификатора, а так как поле приоритета находится в старших разрядах, то его значение подавляет значение MAC-адреса. Если же администратор назначил всем мостам равный приоритет (то есть не захотел влиять на выбор корневого моста), то корневым будет выбран мост с наименьшим значением MAC-адреса.

Порты внутри каждого моста также имеют свои идентификаторы. Идентификатор порта состоит из 2 байтов, первый из которых (старший) может изменяться администратором и является приоритетом порта, а второй представляет собой порядковый номер порта для данного моста (номера портов начинаются с единицы). Идентификатор порта используется при выборе корневого и назначенного порта моста - если несколько портов имеют одинаковое расстояние до корня, то выбирается тот порт, идентификатор которого меньше. Аналогично случаю с идентификатором моста, приоритет порта может быть задан администратором для того, чтобы данный порт получил преимущество перед другими.

VLAN . Виртуальной сетью (Virtual LAN, VLAN) называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. Назначение технологии виртуальных сетей состоит в облегчении процесса создания независимых сетей, которые затем должны связываться с помощью протоколов сетевого уровня

Типы виртуальных сетей

Существует несколько основных способов построения виртуальных сетей:

Группировка портов.

Группировка МАС-адресов.

Использование меток в дополнительном поле кадра - частные протоколы и спецификации IEEE 802.1 Q.

VLAN на основе группировки портов .

Устройства связываются в виртуальные сети на основе портов коммутатора, к которым они физически подключены. То есть каждой порт коммутатора включается в одну или более виртуальных сетей. К достоинствам данного типа виртуальных сетей можно отнести высокий уровень безопасности и простоту в настройке. К недостаткам можно отнести статичность данного типа виртуальных сетей. То есть при подключении компьютера к другому порту коммутатора необходимо каждый раз изменять настройки VLAN.

VLAN на основе группировки МАС-адресов.

Данный тип виртуальных сетей группирует устройства на основе их MAC-адресов. Для получения доступа в виртуальную сеть, устройство должно иметь MAC-адрес, который содержится в списке адресов данной виртуальной сети. Помимо прочего, отличительной особенностью данного типа виртуальных сетей является то, что они ограничивают только широковещательный трафик. Отсюда вытекает их название – широковещательные домены на базе MAC-адресов. Теоретически один MAC-адрес может являться членом нескольких широковещательных доменов, на практике данная возможность определяется функциональностью конкретной модели коммутатора.

Широковещательные домены на базе MAC-адресов позволяют физически перемещать станцию, позволяя, тем не менее, оставаться ей в одном и том же широковещательном домене без каких-либо изменений в настройках конфигурации.

VLAN на базе маркированных кадров (IEEE 802.1Q).

В отличие от двух предыдущих типов виртуальных сетей VLAN на основе маркированных кадров могут быть реализованы на двух и более коммутаторах. В заголовок каждого кадра Ethernet вставляется маркер, который идентифицирует членство компьютера в определенной VLAN.

Маркеры с номером VLAN в виртуальных сетях 802.1Q могут быть добавлены:

явно, если сетевые карты поддерживают стандарт IEEE 802.1Q, и на этих картах включены соответствующие опции, то исходящие кадры Ethernet от этих карт будут содержать маркеры идентификации;

неявно, если сетевые адаптеры, подключенные к этой сети, не поддерживают стандарт IEEE 802.1Q, то добавление маркеров выполняется на коммутаторе на основе группировки по портам.

Hub или концентратор - многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным кабелем в шинную топологию. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Ведь Hub, заставляющий на практике применять звездообразную кабельную топологию, находится в рамках стандарта IEEE 802.3 и тем самым обязан обеспечивать соединение типа МОНОКАНАЛ.

Назначение концентраторов - объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для рабочей группы характерны следующие признаки: определенная территориальная сосредоточенность; коллектив пользователей рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение и общие информационные базы; в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности, происходит одинаковое воздействие внешних источников возмущений (климатических, электромагнитных и т.п.); совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства; обычно содержат свои локальные сервера, нередко территориально расположенные на территории рабочей группы.

На настоящий момент использование концентраторов в локальных компьютерных сетях практически прекратилось. На их место пришли более скоростные и "умные" устройства - коммутаторы (Switch).

Что такое Коммутатор?

Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ах), они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch -ей). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а поздее вместо термина "мост" стали применять "коммутатор".

Обычно, проектируя сеть, с помощью коммутаторов соединяют несколько доменов коллизий локальной сети между собой. В реальной жизни в качестве доменов коллизий выступают, как правило, этажи здания, в котором создается сеть. Их обычно более 2-х, а в результате обеспечивается гораздо более эффективное управление трафиком чем у прародителя комутатора - моста. По меньшей мере, он может поддерживать резервные связи между узлами сети.

Благодаря тому, что коммутаторы могут управлять трафиком на основе протокола канального уровня (Уровня 2) модели OSI, он в состоянии контролировать МАС адреса подключенных к нему устройств и даже обеспечивать трансляцию пакетов из стандарта в стандарт (например Ethernet в FDDI и обратно). Особенно удачно результаты этой возможности представлены в коммутаторах Уровня 3, т.е. устройствах, возможности которых приближаются к возможностям маршрутизаторов. Коммутатор позволяет пересылать пакеты между несколькими сегментами сети. Он является обучающимся устройством и действует по аналогичной технологии. В отличие от мостов, ряд коммутаторов не помещает все приходящие пакеты в буфер. Это происходит лишь тогда, когда надо согласовать скорости передачи, или адрес назначения не содержится в адресной таблице, или когда порт, куда должен быть направлен пакет, занят, а коммутирует пакеты "на лету". Коммутатор лишь анализирует адрес назначения в заголовке пакета и, сверившись с адресной таблицей, тут же (время задержки около 30-40 микросекунд) направляет этот пакет в соответствующий порт. Таким образом, когда пакет еще целиком не прошел через входной порт, его заголовок уже передается через выходной. К сожалению, типичные коммутаторы работают по алгоритму "устаревания адресов". Это означает, что, если по истечении определенного промежутка времени, не было обращений по этому адресу, то он удаляется из адресной таблицы. Коммутаторы поддерживают при соединении друг с другом режим полного дуплекса. В таком режиме данные передаются и принимаются одновременно, что невозможно в обычных сетях Еthегnеt. При этом скорость передачи данных повышается в два раза, а при соединении нескольких коммутаторов можно добиться и большей пиковой производительности.