Концентраторы. Сетевой концентратор. Принцип работы

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.

OSI . Концентраторы работают на физическом уровне (Уровень 1 базовой эталонной модели OSI). Поэтому они не чувствительны к протоколам верхних уровней. Результатом этого является возможность совместного использования различных операционных систем (Novell NetWare, SCO UNIX, EtherTalk, LAN Manager и пр., совместимые с сетями Ethernet или IEEE 802.3). Есть, правда, определенное "давление" на хозяина сети при использовании программ управления сетью: управляющие программы, как правило, используют для связи с SNMP оборудованием протокол IP. Поэтому в части управления сетью приходится использовать только этот протоколы и соответственно операционные оболочки на станциях управления сетью. Но это не очень серьезное давление, ибо протокол IP является, наверное, самым популярным. Все концентраторы обладают следующими характерными эксплуатационными признаками:

оснащены светодиодными индикаторами, указывающими состояние портов (Port Status), наличие коллизий (Collisions), активность канала передачи (Activity), наличие неисправности (Fault) и наличие питания (Power), что обеспечивает быстрый контроль состояния всего концентратора и диагностику неисправностей;

при включении электропитания выполняют процедуру самотестирования, а в процессе работы - функцию самодиагностики;

имеют стандартный размер по ширине - 19"";

обеспечивают автосегментацию портов для изоляции неисправных портов и улучшения сохранности сети (network integrity);

обнаруживают ошибку полярности при использовании кабеля на витой паре и автоматически переключают полярность для устранения ошибки монтажа;

поддерживают конфигурации с применением нескольких концентраторов, соединенных друг с другом либо посредством специальных кабелей и stack-портов, либо тонкой коаксиальной магистрали, включенной между портами BNC, либо посредством оптоволоконного или толстого коаксиального кабеля подключенного через соответствующие трансиверы к порту AUI, либо посредством UTP кабелей, подключенных между портами концентраторов;

поддерживают речевую связь и передачу данных через один и тот же кабельный жгут;

прозрачны для программных средств сетевой операционной системы;

могут быть смонтированы и введены в действие в течении нескольких минут.

Концентраторы начального уровня - 8-ми, 5-ти, реже 12...16-ти портовые концентраторы. Часто имеют дополнительный BNC, реже AUI порт. Не обеспечивает возможности управления ни через консольный порт (в виду его отсутствия), ни по сети (по причине отсутствия SNMP модуля). Являются простым и дешевым решением для организации рабочей группы небольшого размера.

Концентраторы среднего класса - 12-ми, 16-ти, 24-х портовые концентраторы. Имеют консольный порт, часто дополнительные BNC и AUI порты. Этот тип концентраторов предоставляет возможности для внеполосного управления сетью (out-of-band management) через консольный порт RS232 под управлением какой-либо стандартной терминальной программы, что дает возможность конфигурировать другие порты и считывать статистические данные концентратора. Этот тип концентраторов позиционируют для построения сетей в диапазоне от малых до средних, которые в дальнейшем будут развиваться и потребуют введения программного управления.

SNMP-управляемые концентраторы - 12-ми, 16-ти, 24-х и 48-ми портовые концентраторы. Их отличает не только наличие консольного порта RS-232 для управления, но и возможность осуществления управление и сбор статистики по сети используя протоколы SNMР/IР или IРХ. Владельцу подобного hub-а становятся доступными следующие сбор статистики на узлах сети (концентраторах), ее первичная обработка и анализ: идентифицируются главные источники сообщений /top talkers/, наиболее активные пользователи /heavy users/, источники ошибок и коммуникационные пары /communications pairs/. Эти типы концентраторов целесообразно применять для построения LAN-сетей в диапазоне от средних и выше, которые безусловно будут развиваться. Эти сети всегда требуют программного управления сетью, в том числе удаленного.

BNC-концентраторы или концентраторы ThinLAN - многопортовые повторители для тонких коаксиальных кабелей, используемых в сетях стандартов 10Base2. Они имеют в своем составе порты BNC и, как правило, один порт AUI, часто поддерживают SNMP протоколы. Они, как и hub-ы 10Base-T, сегментируют порты (отключая при этом не одну станцию, а абонентов всего луча) и транслируют входящие пакеты во все порты. На каждый BNC-порт распространяются все те же ограничения, что и на фрагмент сети стандарта 10Base-2: поддерживается работа сегментов тонкого коаксиального кабеля протяженностью до 185 метров на каждый порт, обеспечивается до 30 сетевых соединений на сегмент включая "пустые T-коннекторы", если произойдет нарушение целостности кабельного сегмента, этот сегмент исключается из работы, но остальная часть концентратора будет продолжать функционировать. Сфера применения концентраторов данного типа - модернизация старых сетей стандарта 10Base2 с целью повышения их надежности, модернизация сетей, достигших ограничений на применение репитеров и не требующих частых изменений.

10/100Hub-ы сменили собой 10 Мб устройства. Если просто читать рекламу на них, то можно "попасть в засаду". Дело в том, что Hub не умеет буферизировать пакеты, а посему не умеет согласовывать разные скорости. Поэтому, если к такому hub-у подключена хотя бы одна станция стандарта 10Base-T, то все порты будут рабртать на скорости 10. По слухам, уже существуют hub-ы, поддерживающие две скорости одновременно. Я таких не встречал, но считаю, что в этом случае словом "hub" производитель называет некое промежуточное устройство (нечто среднее между hub-ом и switch-ом), как, например, MicroLAN фирмы Cabletron Systems.

Redundant link . Концентраторы среднего класса и SNMP-управляемые концентраторы поддерживают одну избыточную связь (redundant link) на каждый концентратор для создания резервных связь (back up link) между любыми двумя концентраторами. Это обеспечивает отказоустойчивость сети на аппаратном уровне. Резервная связь представляет собой отдельный кабель, смонтированный между двумя концентраторами. Используя консольный порт концентратора, надо просто задать конфигурацию основного канала связи и резервного канала связи одного из концентраторов. Резервный канал связи автоматически деблокируется при отказе основного канала связи двух концентраторов. Не смотря на то, что концентратор может контролировать только одну резервную связь, он может находиться на удаленном конце одной резервной связи и на контролирующем конце резервной связи с другим концентратором! После устранения неисправности на основном кабельном сегменте, основная связь автоматически не возобновит работу. Для возобновления работы главной связи придется использовать консоль концентратора или нажать кнопку Reset (выключить/включить) на концентраторе.

Связной бит у концентраторов представляет собой периодический импульс длительностью 100 нс, посылаемый через каждые 16 мс. Он не влияет на трафик сети. Связной бит посылается в тот период, когда сеть не передает данные. Эта функция осуществляет текущий контроль сохранности UTP канала. Данную функцию следует использовать во всех возможных случаях и блокировать ее только тогда, когда к порту концентратора подсоединяется устройство, не поддерживающее ее, например, оборудование типа HP StarLAN 10.

Обеспечение секретности в сетях, построенных с использованием концентраторов, довольно неблагодарное занятие, т.к. Hub по определению является широковещательным устройством. Но, при необходимости, Вам могут быть доступны следующие средства: блокирование неиспользуемых портов, установка пароля на консольный порт, установка шифрования информации на каждом из портов (некоторые модели имеют эту возможность).

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

Тренинг по работе с розничными сетями - какой Тренинг.

Подробности

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.

Это многопортовый повторитель информации в сети с автосигментацией.

Все порты равноправны. Получив сигнал из одной подключенной станции, hab трансформирует информацию во все активные порты. Если на одном из портов обнаружена неисправность этот порт автоматически отключается или сегментируется. После устранения ошибки он снова делается активным. Обработка коллизии, контроль состояния каналов осуществляется самим концентратором. Существует возможность создавать объединение концентраторов для увеличения размера подсети, либо создавать между концентраторами магистральные каналы связи.

Автосигментация используется для повышения надежности сети.

Назначением концентраторов является объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для данной рабочей группы должны быть характерны следующие особенности:

определенная территориальная сосредоточенность;

коллектив рабочей группы решает сходные задачи;

используется однотипное программное обеспечение и общие информационные базы;

в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности;

совместно используются периферийные устройства.

Все концентраторы разрабатываются по стандарту IEEE 802.3.

Функционирование концентраторов осуществляется на 1-ом уровне модели ВОС, поэтому они не чувствительны к протоколам верхних уровней. Для концентратора не является важным работа на локальных ЭВМ.

Характеристики концентраторов.

Все концентраторы обладают следующими характеристиками:

Оснащены светодиодным индикатором указывающим состояние портов, наличие коллизий, активность канала передачи, наличие неисправностей;

При включении питания концентратор выполняет процедуру самотестирования, а в процессе функционирования самодиагностику;

Обеспечивает автосигментацию портов для изоляции неисправных портов;

Имеют стандартный размер для монтирования;

Обнаруживает ошибку полярности при использовании кабеля на витой паре и автоматически переключают полярности.

RJ 45 разъем по функционированию витой пары. Кабель витой пары состоит из проводов следующих цветов:

Бело-оранжевый;

Бело-синий;

Бело-коричневый;

Бело-зеленый.

При реализации применяются подключения А и В.Эти виды подключений зависят от последовательности проводов внутри разъема. Вся техника маркируется по А и по В.

Подключение по А:

Подключение по В:

Полярность А-В возможна только в switch.

Под сменой полярности подразумевается изменение первого с восьмым, второго с седьмым, третьего с шестым, четвертого с пятым.

Пары б/с, с, б/к, к не используются в стандартной сети Ethernet. Поэтому в современных сетях можно использовать четырех жильный.

Пары б/с, с, б/к, к используются для передачи питания устройства по сети Ethernet.

Виды концентраторов.

Начального уровня – это конденсаторы пяти – восьми портовые. Не имеют возможности управления через консольный порт и не позволяют управлять концентраторам подсети. Стоимость устройств низкая.

Среднего класса – 12,16-24 –х портовые. Имеют консольный порт, порт для подключения BNC для коаксиального кабеля, позволяют управлять сетью и настраивать уровни безопасности.

CNMP управляемые концентраторы.12, 16, 24, 48 – портов, консольный порт, а так же существует возможность сбора статистики по сети. Так же позволяет обнаруживать ошибки и устранять.

BNC – концентраторы – это многопортовые повторители для тонких коаксиальных кабелей для применения в сети стандарта 10BASE 2, то есть состоят из BNC конекторов, которые позволяют сегментировать порты, поддерживается работа для длины сегмента 185 метров на каждый порт. На каждый порт может быть подключено 30 узлов.

10/100 Мбитные концентраторы позволяют подключать устройства со скоростью либо 10, либо 100 мбит.

Hub являются широковещательными устройствами поэтому обеспечение секретности является сложной задачей, но при необходимости доступны следующие средства обеспечения секретности:

блокировка не используемых портов;

установка пароля на консольный порт;

установка шифрования информации на каждом порту.

Современный hub обычно интегрируется в другие устройства. Например, в маршрутизаторы, устройство организации тоннеля.

Многопортовый повторитель или концентратор - устройство, имеющее несколько портов, куда подключается несколько компьютеров для создания единой сети.

После подключения устройство будет контролировать доставку сетевого трафика до всех машин. Если на каком-то из портов возникнет ошибка, происходит его автоматическое отключение.

После устранения неисправности или сегментирования концентратор вновь подключит оборудование к сети. Концентраторы еще называют хабами (hub), используют автономно или соединяют в крупную сеть.

Свойства и особенности концентраторов

Концентратор - устройство первого уровня, которое необходимо для регенерации сигнала и повторения его на всех портах. Его сетевой адаптер принимает сообщение, адресованное определенному идентификатору, игнорируя адресованный не ему. После этого узел обрабатывает информацию и отправляет ответ отправителю.

Многопортовые повторители - широковещательное оборудование, с которым обеспечить секретность передаваемой информации достаточно сложно. Чтобы защитить сеть от доступа посторонних лиц устанавливают пароль на консольный порт, блокируют неиспользуемые порты или шифруют на них информацию.

Виды концентраторов

Основные свойства концентраторов:

не нуждаются в фильтрации;
усиливают сигнал и распространяют его по сети;
не нуждаются в коммутации пакетов и определении маршрутов.

В зависимости от количества портов и набора функций различают следующие виды многопортовых повторителей:

Начального класса с 5, 8, 12 или 16 портами, дополнительным BNC-портом, иногда с встроенным AUI-портом. Устройство компактное, недорогое и простое в управлении, идеально подходит для организации небольшой сети.

Среднего уровня, с 12, 16, 24 или 48 портами, незаменимы для построении локальных сетей среднего диапазона и выше. Устройства собирают и управляют данными, используя протоколы IPX и SNMP/IP. Оснащены RS-232 консольным портом управления.

Многопортовые ThinLAN- или BNC-концентраторы с портами AUI, BNC, зачастую поддерживающие SNMP-протоколы. Устройства для коаксиальных тонких кабелей, в основном используются для усовершенствования устаревших сетей стандарта 10Base2, расширения функционала и повышения их надежности.

Учитывая сложность шифрования данных в сетевом концентраторе, при организации сети их все чаще заменяют коммутаторами или свитчами. Их главная особенность - способность различать МАС-адреса компьютеров, объединенных в единую сеть, и возможность отправления данных только через порт, выбранный пользователем.

Концентраторы

В структурированной кабельной конфигурации все входящие в сеть ПК взаимодействуют с концентратором (или коммутатором).

Hub (хаб; концентратор) - устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки соединения в топологии "физическая звезда". Наряду с традиционным названием "концентратор" в литературе встречается также термин "хаб".

Соединенные с концентратором ПК образуют один сегмент локальной сети. Такая схема упрощает подключение к сети большого числа пользователей, даже если они часто перемещаются. В основном функция концентратора состоит в объединении пользователей в один сетевой сегмент. Концентраторы бывают разных видов и размеров и обеспечивают соединение разного числа пользователей - от нескольких сотрудников в небольшой фирме до сотен ПК в сети, охватывающей комплекс зданий. Функции данных устройств также различны: от простых концентраторов проводных линий до крупных устройств, выполняющих функции центрального узла сети, поддерживающих функции управления и целый ряд стандартов (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI и т.д.). Существуют также концентраторы, играющие важную роль в системе защиты сети.

Концентратор начального уровня (базовый концентратор) - это простое, автономное устройство, которое может стать для многих организаций хорошей "отправной точкой".

Наращиваемые (стековые) концентраторы позволяют постепенно увеличивать размер сети. Такие концентраторы соединяются друг с другом гибкими кабелями расширения, ставятся один на другой и функционируют как один концентратор. Благодаря низкой стоимости в расчете на порт наращиваемые концентраторы стали особенно популярны.

При применении концентратора все пользователи делят между собой полосу пропускания сети. Пакет, принимаемый по одному из портов концентратора, рассылается во все другие порты, которые анализируют этот пакет (предназначен он для них или нет). При небольшом числе пользователей такая система превосходно работает. Между тем в случае увеличения числа пользователей начинает сказываться конкуренция за полосу пропускания, что замедляет трафик в локальной сети.

Традиционные концентраторы поддерживают только один сетевой сегмент, предоставляя всем подключаемым к ним пользователям одну и ту же полосу пропускания. Концентраторы с коммутацией портов или сегментируемые концентраторы (такие как концентраторы семейства SuperStack II PS Hub) позволяют свести данную проблему к минимуму, выделив пользователям любой из четырех внутренних сегментов концентратора (каждый из этих сегментов имеет полосу пропускания 10 Мбит/с). Подобная схема дает возможность гибко распределять полосу пропускания между пользователями и балансировать нагрузку сети.

Двухскоростные концентраторы (dual-speed) можно с выгодой использовать для создания современных сетей с совместно используемыми сетевыми сегментами. Они поддерживают существующие каналы Ethernet 10 Мбит/с и новые сети Fast Ethernet 10 Мбит/с, автоматически опознавая скорость соединения, что позволяет не настраивать конфигурацию вручную. Это упрощает модернизацию соединений - переход от сети Ethernet к Fast Ethernet, когда необходима поддержка новых приложений, интенсивно использующих полосу пропускания сети, или сегментов с большим числом пользователей.

Кроме того, концентраторы служат центральной точкой для подключения кабелей, изменения конфигурации, поиска неисправностей и централизованного управления, упрощая выполнение всех этих операций.

Коммутаторы (Switch ).

Switch – многопортовое устройство, обеспечивающее высокоскоростную коммутацию пакетов между портами.

В сети с коммутацией пакетов - устройство, направляющее пакеты, обычно на один из узлов магистральной сети. Такое устройство называется также коммутатором данных (data PABX).

Коммутатор предоставляет каждому устройству (серверу, ПК или концентратору), подключенному к одному из его портов, всю полосу пропускания сети. Это повышает производительность и уменьшает время отклика сети за счет сокращения числа пользователей на сегмент. Как и двухскоростные концентраторы, новейшие коммутаторы часто конструируются для поддержки 10 или 100 Мбит/с, в зависимости от максимальной скорости подключаемого устройства. Если они оснащаются средствами автоматического опознавания скорости передачи, то могут сами настраиваться на оптимальную скорость - изменять конфигурацию вручную не требуется.

В отличие от концентраторов, осуществляющих широковещательную рассылку всех пакетов, принимаемых по любому из портов, коммутаторы передают пакеты только целевому устройству (адресату), так как знают MAC-адрес (Media Access Control) каждого подключенного устройства (аналогично тому, как почтальон по почтовому адресу определяет, куда нужно доставить письмо). В результате уменьшается трафик и повышается общая пропускная способность, а эти два фактора являются критическими с учетом растущих требований к полосе пропускания сети современных сложных бизнес приложений.