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.
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.
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.
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.
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.
Основные свойства концентраторов:
В зависимости от количества портов и набора функций различают следующие виды многопортовых повторителей:
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.
C применением кабельной инфраструктуры типа витая пара . В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами .
Сетевые концентраторы также могли иметь разъёмы для подключения к существующим сетям на базе толстого или тонкого коаксиального кабеля.
1 / 3
Как подключить интернет через свитч
Чем отличается свитч от хаба
Интернет с компьютера по кабелю через свитч нескольким пользователям. Локальная домашная сеть.
Концентратор работает на первом (физическом) уровне сетевой модели OSI , ретранслируя входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключённые) порты, реализуя, таким образом, свойственную Ethernet топологию общая шина , c разделением пропускной способности сети между всеми устройствами и работой в режиме полудуплекса. Коллизии (то есть попытка двух и более устройств начать передачу одновременно) обрабатываются аналогично сети Ethernet на других носителях - устройства самостоятельно прекращают передачу и возобновляют попытку через случайный промежуток времени, говоря современным языком, концентратор объединяет устройства в одном домене коллизий .
Сетевой концентратор также обеспечивает бесперебойную работу сети при отключении устройства от одного из портов или повреждении кабеля, в отличие, например, от сети на коаксиальном кабеле, которая в таком случае прекращает работу целиком.
Концентратор является логическим продолжением повторителя . Различные производители реализуют некоторые из перечисленных ниже функций :
Единственное преимущество концентратора - низкая стоимость - было актуально лишь в первые годы развития сетей Ethernet. По мере совершенствования и удешевления электронных микропроцессорных компонентов данное преимущество концентратора полностью сошло на нет, так как стоимость вычислительной части коммутаторов и маршрутизаторов составляет лишь малую долю на фоне стоимости разъёмов, разделительных трансформаторов, корпуса и блока питания, общих для концентратора и коммутатора.
Недостатки концентратора являются логическим продолжением недостатков топологии общая шина, а именно - снижение пропускной способности сети по мере увеличения числа узлов. Кроме того, поскольку на физическом уровне узлы не изолированы друг от друга, все они будут работать со скоростью передачи данных самого худшего узла. Например, если в сети присутствуют узлы со скоростью 100 Мбит/с и всего один узел со скоростью 10 Мбит/с, то все узлы будут работать на скорости 10 Мбит/с, даже если узел 10 Мбит/с вообще не проявляет никакой информационной активности. Ещё одним недостатком является вещание сетевого трафика во все порты, что снижает уровень сетевой безопасности и даёт возможность подключения снифферов .
Появившиеся позже интеллектуальные устройства, работающие на втором (канальном) уровне по модели OSI (в отличие от концентраторов, работающих только на первом (физическом) уровне) - коммутаторы , способные обеспечивать независимую и выборочную передачу кадров Ethernet между портами за счёт вскрытия заголовков кадров и пересылки их по нужным портам в соответствии с
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.
