Ростелеком ТВ 

Сетевой концентратор или хаб. Концентраторы

Предназначенное для объединения устройств сети в сегменты. Основной принцип его работы заключается в трансляции пакетов, поступающих на один из его портов на все другие порты. Таким образом, пакет, поступивший в сеть, будет отправлен всем остальным устройствам сети, т.е. будет осуществляться широковещательная передача. Концентратор работает на модели взаимодействия открытых систем (). Концентратор используется в различных технологиях: , xDSL, Token Ring, но наибольшее распространение он нашел в технологии .

Концентратор можно рассматривать как с несколькими выходами. В отличие от он не анализирует содержимое пакетов или их заголовки, а просто копирует их. Hub не позволяет увеличить число устройств в одном сегменте или разгрузить его, уменьшив число коллизий. Основная его задача – это подключение новых устройств к сети и организация ее топологии. Кроме того, hub может быть использован для организации резервных каналов.

Пример работы сети с концентратором

Главным достоинством концентратора является простота реализации и, соответственно, невысокая стоимость. Однако из-за того, что он просто копирует пакеты во все свои порты, то в сети увеличивается вероятность возникновения коллизий. Это может привести к снижению скорости передачи и времени доставки пакетов. Именно поэтому вместо концентраторов обычно стараются применять , которые передают пакеты только к тому порту, к которому подключен компьютер получатель.

В зависимости от выполняемых задач можно встретить различные по емкости концентраторы от 4 до 64 портов. Однако это не предел. Они могут объединяться в более емкие устройства. Максимально возможное число работающих в спаренном режиме устройств ограничивается лишь характеристиками используемой технологии (для – 1024 портов в одном сегменте). Концентраторы отличаются также по типу используемых проводников (витая пара, коаксиальный кабель) и используемой среде передачи (электрический или ).

Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub - центр деятельности) - сетевое устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

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

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 подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели концентраторов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных 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.

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 появились в последнее время. 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).

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 подключенного устройства в отдельный сегмент, домен коллизии.

Характеристики сетевых концентраторов количество портов - разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 8 и 16). Концентраторы с бо́льшим 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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    Алексеев А.П. Информатика 2007.–М.: СОЛОН-Р, 2007.

    Ботт Эд. Windows ХР. — М.: Диалектика, 2003.

    Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой.–М.: Финансы и статистика, 2004.

    Хомоненко А.Д. Основы современных компьютерных технологий // Учебное пособие для вузов. – С-Пбт: Корона принт, 2008.

    Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя — Уфа: НПО «Информатика и компьютеры», 2006.

Офис даже самой маленькой компании сегодня невозможно представить без локальной сети, а это значит, что в распределительном шкафу каждого офиса расположилось главное сетевое устройство – концентратор (Hub) или коммутатор (Switch).

Принципы работы концентратора и коммутатора значительно отличаются, и выбор в пользу того или другого может существенно повлиять на производительность сети.

Как ведет себя концентратор?

Логика работы концентратора заключается в следующем: когда концентратор получает электрический сигнал, он передает его на все порты, кроме того, с которого сигнал был получен. Это значит, что фрейм с данными, полученный от одного компьютера, будет разослан на все остальные компьютеры, подключенные к сети.

Очевидно, что в локальной сети с концентратором каждый компьютер получает много фреймов, но только некоторые из них предназначаются именно ему. Плата интерфейса сети каждого компьютера должна получить все фреймы и обработать каждый из них: прочесть в заголовке фрейма адрес получателя, сравнить его с собственным МАС-адресом. Если адреса не совпадают, сетевая плата игнорирует фрейм. При совпадении же адресов считается, что фрейм попал по назначению и обрабатывается дальше. Т.е. компьютер получил информацию, предназначенную именно для него.

Что происходит в сети по вине концентратора?

  1. Увеличивается трафик.
  2. Происходит много аварийных ситуаций с фреймами.

Это значит, что производительность сети уменьшается, а процент потерь данных при прохождении по сети увеличивается.

Можно ли избежать потери данных?

Можно, если концентратор заменить коммутатором. Коммутатор получает фрейм с данными, считывает с его заголовка МАС-адрес получателя и отправляет этот фрейм только на тот порт, который и ведет к получателю. Это устройство принимает интеллектуальное решение! С виду – та же витая пара для передачи данных и еще одна – для получения, те же сетевые устройства, зато результат разный. В сети – порядок и спокойствие, нету избытка фреймов, бесполезно движущихся в направлении адаптеров, которые наверняка их отвергнут.

Случаются, конечно, ситуации, когда на коммутатор поступает одновременно несколько фреймов для одного получателя. В этом случае коммутатор тоже ведет себя как разумное устройство: один фрейм он отправляет получателю сразу, а остальные помещает в буфер, откуда они будут уходить по назначению по очереди, через определенный промежуток времени. Таким образом коммутатор предотвращает возникновение аварийных ситуаций, а следовательно, и потерю данных в сети.

А если и случается потеря данных – то только из-за естественных помех.

Значит, коммутатор лучше?

Коммутатор, конечно выигрывает в сравнении с концентратором. И если ваша сеть достаточно велика, разумнее будет приобрести именно его.

Однако в небольшой сети, в несколько компьютеров, разницу в работе концентратора или коммутатора вы скорее всего не почувствуете. Зато почувствуете разницу в цене, поэтому для небольшой сети вполне оправдано приобретение концентратора.

Почти во всех сетях определенно одно устройство, которое имеет несколько названий — концентратор, хаб, повторитель . В зависимости от типа применения, функции могут меняться. Неизменным действием остается — повторение кадра либо на некоторых портах либо на всех в зависимости от алгоритма. Не зная всех функций устройства, могут возникать .

Концентратор имеет несколько портов, К которым с помощью кабелей подключаются конечные узлы — компьютеры. Концентраторы используются в сетях — Ethernet(), Token Ring и тд, для объединения отдельных сегментов сети в единую среду. В технологии Token Rink концентратор может выполнять функцию отключения некорректно работающих портов и перехода на резервное кольцо. В технологии Ethernet() используют повторители, для объединения несколько физических сегментов кабеля в одну среду. В сетях для объединения коаксиального кабеля являются двух портовые повторители , поэтому слово концентратор к ним не применяется. На рис.1 показано стандартный концентратор Ethernet, который располагает 16 портов с разъемами RJ-45 и один порт AUI для внешнего трансивера.

Рисунок 1

Также на рис.2 показано соединение типа станция-концентратор — концентратор-концентратор на витой паре. Выбор соединений должен быть описан в .

Рисунок 2

В большинстве типах повторителей порты связаны одним блоков повторения, и когда сигнал проходит между двома портами повторителя блок вносит задержку один раз. Это называется правило 4 хабов (задержка в сегменте зависящая от двух повторителей).

Также в концентратора реализована функция автосегментация — она отключает некорректно работающие порты. Одной из причин отключение портов является отсутствие ответа. Также ниже описаны следующие моменты когда концентратор отключает порт:

  • Ошибки на уровне кадра .Если число кадров с ошибками превышает некий порог, то порт закрывается на некое время. Такими ошибками может быть неверные поля заголовка.
  • Множественные коллизии . Если концентратор проанализировал, что более 60 раз подряд источником коллизии был некий порт, он отключается на время.
  • Затянувшаяся передача . Если время прохождение пакета через порт превышает в 3 раза, тот порт отключается.

Ошибки закрытия порта могут возникать из-за:

  • неправильной ;
  • неизученных ;
  • неизученных ;
  • использования не правильно в сетях;
  • типа сети — или .
  • методы защиты информации

Поддержка резервных связей . Так как реализация резервных каналов определено только в FDDI, остальные разработчики стандартов решают такую проблему в частных ситуациях. К примеру концентраторы Ethernet могут реализовывать иерархические каналы без петель. Поэтому резервные каналы всегда должно соединять только отключенные порты, что бы не нарушать логику работы сети. Если по какой-то причине порт отключается, срабатывает автосегментация и концентратор делает активным резервный порт. Это показано на рис.3. Для различные поддержки резервных связей очень играет большую роль.

Рисунок 3

Концентраторы могут использовать ряд методов защиты информации передаваемых по локальным сетям. Защита от несанкционированного доступа . Локальные сети дают возможность несанкционированно подслушивать и дают доступ к транслируемым данным. Для этого нужно всего лишь включить на конечному узле сети программный анализатор протоколов. Разработчики реализовали несколько средств защиты в локальных сетях. Самое просто средство — использование разрешаемых MAC-адресов портам концентратора. Средство заключается в том, что админ в ручную прописывает адреса концентратору адреса конечных узлов. При этом факт несанкционированного подключения может быть зафиксирован. Это показано на рис.4. Это достигается путем, что злоумышленник отключая конечный узел и подключая свой ПК меняет MAC-адрес конечного узла. Концентратор это видит и принимает определенные действия. Для этой реализации концентратор должен иметь блок управления.

Рисунок 4

Другое средство защиты это шифрование. Однако само шифрование в реальном времени требует большой мощности для повторителя. Поэтому концентратор случайно искажает пакет передаваемые всем кроме адресата назначения. Этот принцип показано на рис.5. Такой принцип уменьшает шанс угроз информационной безопасности.

Концентратор (хаб) – многопортовое устройство, объединяющее несколько устройств в один сегмент. Фактически хаб представляет собой мультипортовый репитер, то есть в его основную функциональную задачу входит получение данных от подключённых к портам концентратора компьютеров или других хабов, реформирование сигнала одновременно с его усилением, и его дальнейшая ретрансляция на другие порты.

Принцип действия концентратора следующий: компьютер посылает концентратору сигнал, который передаётся всем рабочим станциям, подключённым к нему. Когда компьютер, которому адресовано сообщение, получает такой сигнал, он посылает запрашиваемую информацию обратно концентратору, который снова пересылает её всем компьютерам, хотя только один компьютер будет ее обрабатывать.

Концентратор используется в сетях с топологией «звезда». К портам концентратора можно подключать узлы сети: компьютер, сетевой принтер, накопитель, другой концентратор и т.п. Концентратор может иметь порты RJ-45 и BNC, что позволяет использовать коаксиальный кабель в качестве магистрального, последовательно соединяя несколько хабов в цепочку

Конструктивное устройство, алгоритмы работы, функции и характеристики концентраторов зависят от области их применения. Поэтому для каждой технологии построения сети производят свои концентраторы (Ethernet, Token Ring, FDDI), предназначенные для работы именно по этой технологии (концентратор в сети Ethernet выполняет повторение кадра для всех портов, в сети 100VG-AnyLAN повторяет кадра только в порт, к которому подключён адресат кадра).

Концентраты бывают двух типов:

пассивный – выполняет только соединение узлов в сегменте среды передачи данных, без регенерации сигналов. При использовании такого концентратора каждый сегмент кабеля может иметь длину не более половины максимально возможной для используемой технологии (неэкранированная витая пара позволяет сигнал между устройствами на расстоянии до 300 метров, поэтому каждый сегмент от пассивного концентратора до сетевого устройства может иметь не более 150 м). При использовании пассивного концентратора каждое сетевое устройство получает сигналы, посланные всеми другими устройствами, подключёнными к концентратору;

активный – восстанавливает и усиливает принимаемые сигналы, что позволяет увеличить максимальную длину подключаемых к концентратору сегментов кабеля. Также с помощью активного концентратора можно создавать сложные иерархические сетевые структуры. Активные концентраторы также называют переключающиеся.

В зависимости от области применения концентраторы могут быть:

с фиксированным количеством портов – выполнен в виде отдельного корпуса с определённым количеством портов (5, 8, 16, 24), элементами индикации и управления. Два крайних разъёма используются для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей, а к остальным разъёмам подключаются абоненты с помощью адаптерных кабелей;



модульный на основе шасси – имеет общее шасси с внутренней шиной, к которой подключают модули с фиксированным количеством портов. При этом модули могут различаться количеством портов и типом поддерживаемой физической среды;

стековая конструкция – выполнен в виде отдельного корпуса, но имеет специальные порты для объединения несколько таких корпусов в единый. Скорость работы внутренней шины такого концентратора выше, чем скорость, с которой он может передавать данные, поэтому скорость взаимодействия стековых концентраторов между собой будет выше, чем при соединении через порт. При этом число сегментов сети ограничено, поэтому объединение четырёх стековых концентраторов воспринимается как один.

Помимо основной функции (повторение и ретрансляция пакетов) концентратор может иметь дополнительные возможности:

две скорости при соединении разных типов сетей. Большинство моделей концентраторов являются двухскоростными, но бывают и устройства исключительно с одной скоростью;

беспроводная точка доступа – современный коммутатор имеет встроенную беспроводную точку доступа, используемую для беспроводной сети;

порт uplink – позволяет подключать концентратор к другим концентраторам (можно не заменять при недостатке подключений). Один из разъёмов RJ-45 концентратора имеет разводку, позволяющую присоединять его к другим хабам – каскадирование. Этот порт обозначается In, Uplink, Cascading, Cross-Over. В некоторых случаях рядом с таким портом имеется переключатель MDI/MDI-X, позволяющий включать порт в обычный режим или режим каскадирования. Если порт не оснащён переключателем, но к нему требуется подключить ещё один компьютер (все порты заняты), используют кабель «cross-over» для соединения по принципу «точка-точка». Порт uplink также используется для подключения концентратора к маршрутизатору или шлюзу, обеспечивающему доступ сети к Internet; при использовании нескольких концентраторов все они подключаются непосредственно к маршрутизатору или шлюзу, а не последовательно друг к другу.