28 что такое концентратор. Реферат: Концентраторы в локальных сетях

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).

Технология USB, которая изобреталась для соединения компьютерного и телекоммуникационного устройств, сейчас является основным средством для подключения многих гаджетов. Их количество просто удивляет – это клавиатуры, мыши, модемы, кулеры, внешние жесткие диски, принтеры, флешки, даже кофеварки и лампы. И поскольку все эти устройства нужно подключать к компьютеру, то в настоящее время банально не хватает USB-портов.

Решить данную проблему можно двумя способами. Самый простой способ – это подключать только те устройства, которые нужны в данный момент, а неиспользующиеся устройства отсоединять, освобождая тем самым USB-порты. А второй способ – это приобрести оригинальное приспособление, именуемого USB-концентратоом (USB-хаб).

USB-хаб представляет собой небольшое устройство, в котором есть несколько USB-портов. Оно подсоединяется к одному из USB-портов компьютера (занимая тем, самым всего, один USB разъем), и дает возможность использовать несколько USB-устройств. Таким образом, USB-концентратор увеличивает количество USB разъемов на компьютере, снижает их износ, а также облегчает процесс использования многочисленных устройств.

Виды USB-концентраторов

Существует четыре вида USB-концентраторов. Первый – это карта USB PCI, которая подсоединяется в слот PCI на материнской плате. Для этого придется открывать системный блок, и если вы не разбираетесь в этом, то лучше этот вид USB-хаба не использовать.

Второй вид – это не питаемый USB-концентратор. Это простое устройство подсоединяется к одному из внешних USB-портов компьютера. После этого к нему можно будет подключать любые другие устройства. Такие USB-концентраторы очень компактны и отлично подходят как для компьютеров, так и для ноутбуков. Но у них есть небольшой минус. Некоторые USB-устройства (принтер, цифровая камера, сканер и т.д.) нуждаются в электропитании, и данный вид концентратора не сможет обеспечить их нужным количеством электроэнергии, особенно если подключить сразу несколько устройств.

Третий вид – питаемый USB-концентратор. Он также очень компактный и подключается к внешнему USB-разъему компьютера. Кроме того, такой USB-концентратор можно подключить напрямую в розетку. Это дает возможность подсоединять к нему любые виды USB-устройств.

И четвертый вид – это компьютерная карта USB. Если в работе используется ноутбук, а также нужно постоянно перемещаться с ним, то отличной альтернативой USB-хабу будет именно такая карта USB. Она подключается к USB-разъему на боковой стороне ноутбука и дает возможность подключить еще два дополнительных устройства.

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).

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.

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 ).