Концентраторы в локальных сетях

Министерство Общего и Профессионального Образования РФ

Новосибирский Государственный Технический Университет

РЕФЕРАТ

Факультет: ФПМИ

Группа: ПМ-81

Студент: Фельдгендлер А. Б.

Преподаватель: Долозов Н. Л.

Новосибирск, 2000

Немного о структуризации сети

Для построения простейшей односегментной сети достаточно

иметь сетевые адаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в

этом случае часто используются дополнительные устройства — по-

вторители сигналов, позволяющие преодолеть ограничения на

максимальную длину кабельного сегмента.

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из

его названия — повторение сигналов, поступающих на один из его

портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в

логическом кольце порте (Token Ring, FDDI) синхронно с

входящими сигналами. Повторитель улучшает электрические

характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого

появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между

самыми удаленными в сети станциями.

Многопортовый повторитель часто называют концентрато-

ром (hub), что отражает тот факт, что данное устройство

реализует не только функцию повторения сигналов, но и

концентрирует в одном центральном устройстве функции

объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современ-

ных сетевых стандартах концентратор является необходимым эле-

ментом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо

два других сетевых устройства, называются физическими сег-

ментами. Таким образом, концентраторы и повторители, которые

используются для добавления новых физических сегментов, явля-

ются средством физической структуризации сети.

Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков

кабеля общую среду передачи данных — логический сегмент.

Логический сегмент также называют доменом коллизий, поскольку

при попытке одновременной передачи данных любых двух компь-

ютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физиче-

ским сегментам, возникает блокировка передающей среды.

Следует особо подчеркнуть, что какую бы сложную структуру не

образовывали концентраторы, например, путем иерархического

соединения, все компьютеры, подключенные к ним, образуют

единый логический сегмент, в котором любая пара

взаимодействующих компьютеров полностью блокирует возмож-

ность обмена данными для других компьютеров.

Что же такое концентратор?

hub (hлb) ступица (колеса).

Англо-русский словарь

Концентратор — это многопортовый повторитель сети с ав-

тосегментацией. 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 ав-

томатически отключается (сегментируется), а после ее устранения

снова делается активным. Автосегментация необходима для по-

вышения надежности сети. Обработка коллизий и текущий кон-

троль состояния каналов связи обычно осуществляется самим кон-

центратором. Концентраторы можно использовать как автономные

устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым

размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, воз-

можно их соединение магистральным кабелем в шинную тополо-

гию. Так как логика доступа к разделяемой среде существенно за-

висит от технологии, то для каждого типа технологии выпускаются

свои модели — концентраторы Ethernet, концентраторы Token

Ring, концентраторы FDDI, концентраторы VG-AnyLAN.

Концентратор — это обобщенное название устройств, обра-

зующих разделяемую среду вне зависимости от типа реализуемого

протокола. Для конкретного протокола иногда используется свое,

узкое название этого устройства, отражающее более точно его

функции, или же использующееся в силу традиций, например, как

название MAU для концентраторов Token Ring.

Назначение концентраторов — объединение отдельных ра-

бочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для рабо-

чей группы характерны следующие признаки: определенная тер-

риториальная сосредоточенность; коллектив пользователей

рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное

программное обеспечение и общие информационные базы; в пре-

делах рабочей группы существуют общие требования по обеспече-

нию безопасности и надежности, происходит одинаковое воздей-

ствие внешних источников возмущений (климатических,

электромагнитных и т. п.); совместно используются высокопроиз-

водительные периферийные устройства; обычно содержат свои

локальные серверы, нередко территориально расположенные на

территории рабочей группы.

Концентраторы и модель OSI

Концентраторы работают на физическом уровне (Уровень 1

базовой эталонной модели OSI). Поэтому они не чувствительны к

протоколам верхних уровней. Результатом этого является возмож-

ность совместного использования различных операционных систем

(Novell NetWare, SCO UNIX, EtherTalk, LAN Manager и пр., совмес-

тимые с сетями Ethernet или IEEE 802.3). Есть, правда, определен-

ное “давление” на хозяина сети при использовании программ

управления сетью: управляющие программы, как правило, исполь-

зуют для связи с SNMP оборудованием протокол IP. Поэтому в час-

ти управления сетью приходится использовать только этот прото-

колы и соответственно операционные оболочки на станциях

управления сетью. Но это не очень серьезное давление, ибо прото-

кол IP является, наверное, самым популярным.

Общие свойства концентраторов

Большинство концентраторов обладают следующими харак-

терными эксплуатационными признаками:

? оснащены светодиодными индикаторами, указывающими

состояние портов (Port Status), наличие коллизий (Collisions),

активность канала передачи (Activity), наличие неисправно-

сти (Fault) и наличие питания (Power), что обеспечивает бы-

стрый контроль состояния всего концентратора и диагности-

ку неисправностей

? при включении электропитания выполняют процедуру само-

тестирования, а в процессе работы — функцию самодиагно-

стики

? имеют стандартный размер по ширине — 19 дюймов;

? обеспечивают автосегментацию портов для изоляции неис-

правных портов и улучшения сохранности сети (network

integrity)

? обнаруживают ошибку полярности при использовании кабе-

ля на витой паре и автоматически переключают полярность

для устранения ошибки монтажа

? поддерживают конфигурации с применением нескольких

концентраторов, соединенных друг с другом либо посредст-

вом специальных кабелей и stack-портов, либо тонкой коак-

сиальной 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 течение

нескольких минут

Разновидности концентраторов

Концентраторы начального уровня — пяти-, восьми-, реже

двенадцати-, шестнадцатитипортовые концентраторы. Часто

имеют дополнительный BNC-, реже AUI-порт. Не обеспечивает

возможности управления ни через консольный порт (ввиду его от-

сутствия), ни по сети (по причине отсутствия SNMP-модуля). Явля-

ются простым и дешевым решением для организации рабочей

группы небольшого размера.

Концентраторы среднего класса — двенадцати-, шестна-

дцати-, двадцатичетырехпортовые концентраторы. Имеют кон-

сольный порт, часто дополнительные BNC- и AUI-порты. Этот тип

концентраторов предоставляет возможности для внеполосного

управления сетью (out-of-band management) через консольный

порт RS-232 под управлением какой-либо стандартной терминаль-

ной программы, что дает возможность конфигурировать другие

порты и считывать статистические данные концентратора. Этот

тип концентраторов позиционируют для построения сетей в диа-

пазоне от малых до средних, которые в дальнейшем будут разви-

ваться и потребуют введения программного управления.

SNMP-управляемые концентраторы — двенадцати-, шест-

надцати-, двадцатичетырех- и сокоравосьмипортовые концентра-

торы. Их отличает не только наличие консольного порта RS-232

для управления, но и возможность осуществления управление и

сбор статистики по сети с использованием протоколов SNMP/IP

или IPX. Владельцу подобного концентратора становятся доступ-

ными следующие сбор статистики на узлах сети (концентраторах),

ее первичная обработка и анализ: идентифицируются главные ис-

точники сообщений (top talkers), наиболее активные пользователи

(heavy users), источники ошибок и коммуникационные пары

(communications pairs). Эти типы концентраторов целесообразно

применять для построения локальных сетей в диапазоне от сред-

них и выше, которые, безусловно, будут развиваться. Эти сети все-

гда требуют программного управления сетью, в том числе удален-

ного.

BNC-концентраторы или концентраторы ThinLAN — мно-

гопортовые повторители для тонких коаксиальных кабелей, ис-

пользуемых в сетях стандартов 10Base2. Они имеют в своем со-

ставе порты BNC и, как правило, один порт AUI, часто

поддерживают SNMP-протоколы. Они, как и концентраторы

10Base-T, сегментируют порты (отключая при этом не одну стан-

цию, а абонентов всего физического сегмента) и транслируют вхо-

дящие пакеты во все порты. На каждый BNC-порт распространя-

ются все те же ограничения, что и на фрагмент сети стандарта

10Base-2: поддерживается работа сегментов тонкого коаксиально-

го кабеля протяженностью до 185 метров на каждый порт, обеспе-

чивается до 30 сетевых соединений на сегмент, включая “пустые

T-коннекторы”; если произойдет нарушение целостности кабельно-

го сегмента, этот сегмент исключается из работы, но остальная

часть концентратора будет продолжать функционировать. Сфера

применения концентраторов данного типа — модернизация ста-

рых сетей стандарта 10Base2 с целью повышения их надежности,

модернизация сетей, достигших ограничений на применение по-

вторителей и не требующих частых изменений.

10/100Hubs появились в последнее время. Если просто чи-

тать рекламу о них, то можно “попасть в засаду”. Дело в том, что

концентраторы не умеют буферизировать пакеты, а поэтому не

могут согласовывать различные скорости. Поэтому, если к такому

концентратору подключена хотя бы одна станция стандарта

10Base-T, то все порты будут работать на ее скорости. По слухам,

уже существуют концентраторы, поддерживающие две скорости

одновременно. Возможно, в этом случае словом “концентратор”

производитель называет некое промежуточное устройство (нечто

среднее между концентратором и коммутатором), как, например,

MicroLAN фирмы Cabletron Systems.

Дополнительные функции

Redundant link. Концентраторы среднего класса и SNMP-

управляемые концентраторы поддерживают одну избыточную

связь (redundant link) на каждый концентратор для создания ре-

зервных связей (back-up link) между любыми двумя концентрато-

рами. Это обеспечивает отказоустойчивость сети на аппаратном

уровне. Резервная связь представляет собой отдельный кабель,

смонтированный между двумя концентраторами. Используя кон-

сольный порт концентратора, необходимо просто задать конфигу-

рацию основного канала связи и резервного канала связи одного

из концентраторов. Резервный канал связи автоматически дебло-

кируется 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 не возобновит

работу автоматически. Для возобновления работы главной связи

придется использовать консоль концентратора или нажать кнопку

Reset на его корпусе.

“Связной бит” у концентраторов представляет собой перио-

дический импульс длительностью 100 наносекунд, посылаемый че-

рез каждые 16 миллисекунд. Он не влияет на трафик сети. Связ-

ной 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 концентрато-

ра подсоединяется устройство, не поддерживающее ее, например,

оборудование типа HP StarLAN 10.

Обеспечение секретности в сетях, построенных с использо-

ванием концентраторов, довольно неблагодарное занятие, по-

скольку концентратор по определению является широковещатель-

ным устройством. Но при необходимости администратору сети

могут быть доступны следующие средства: блокирование неис-

пользуемых портов (путем искажения поля данных в кадрах, по-

вторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом на-

значения), установка пароля на консольный порт, установка

шифрования информации на каждом из портов (некоторые моде-

ли имеют эту возможность).

Многофункциональные модульные концентраторы

При построении сложной сети могут быть полезны все типы

коммуникационных устройств: и концентраторы, и мосты, и ком-

мутаторы, и маршрутизаторы (сетевые адаптеры исключены из

этого списка, потому что они необходимы всегда). Чаще всего от-

дельное коммуникационное устройство выполняет только одну ос-

новную функцию, представляя собой либо повторитель, либо мост,

либо коммутатор, либо маршрутизатор. Но это не всегда удобно,

так как в некоторых случаях более рационально иметь в одном

корпусе многофункциональное устройство, которое может соче-

тать эти базовые функции и тем самым позволяет разработчику

сети использовать его более гибко.

В идеале можно представить себе универсальное коммуника-

ционное устройство, имеющее достаточное количество портов для

подключения сетевых адаптеров, которые объединяются в группы

с программируемыми функциями взаимоотношений между собой

(по алгоритму повторителя, коммутатора или маршрутизатора).

Однако известно, что всякая универсализация всегда вредит каче-

ству выполнения узких специальных функций и, возможно поэто-

му, на современном уровне развития техники такое полностью

универсальное устройство пока не появилось, хотя отдельное со-

вмещение функций в одном устройстве иногда выполняется.

Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мос-

тов, в зависимости от того, как сконфигурировано администрато-

ром их программное обеспечение. А вот функции повторителя тре-

буют высокого быстродействия, которое может быть достигнуто

только на сугубо аппаратном уровне. Поэтому функции повторите-

ля не объединяются с функциями моста или маршрутизатора.

Для совмещения функций может быть использован другой

подход. В специальных устройствах — модульных концентрато-

рах — отдельные компоненты, выполняющие одну из трех описан-

ных основных функций, реализованы в виде модулей, устанавли-

ваемых в общем корпусе. При этом межмодульные связи

организуются не внешним образом, как это делается, когда модули

представляют собой отдельные устройства, а по внутренним ши-

нам единого устройства.

Модульные многофункциональные устройства часто называют

концентраторами, подчеркивая их централизующую роль в сети.

При этом термин “концентратор” используется не как своего рода

синоним термина “повторитель”, а в более широком смысле. Нужно

хорошо понимать в каждом конкретном случае функциональное

назначение отдельных модулей такого концентратора. В зависимо-

сти от комплектации модульный многофункциональный концен-

тратор может сочетать функции и повторителя (причем различных

технологий), и моста, и коммутатора, и маршрутизатора, а может

выполнять и только одну из них.

Коммутатор или концентратор?

При построении небольших сетей, составляющих нижний уро-

вень иерархии корпоративной сети, вопрос о применении того или

иного коммуникационного устройства сводится к вопросу о выбо-

ре между концентратором или коммутатором.

При ответе на этот вопрос нужно принимать во внимание не-

сколько факторов. Безусловно, немаловажное значение имеет

стоимость за порт, которую нужно заплатить при выборе устрой-

ства. Из технических соображений в первую очередь нужно при-

нять во внимание существующее распределение трафика между

узлами сети. Кроме того, нужно учитывать перспективы развития

сети: будут ли в скором времени применяться мультимедийные

приложения, будет ли модернизироваться компьютерная база. Ес-

ли да, то нужно уже сегодня обеспечить резервы по пропускной

способности применяемого коммуникационного оборудования.

Использование технологии Intranet также ведет к увеличению объ-

емов трафика, циркулирующего в сети, и это также необходимо

учитывать при выборе устройства.

При выборе типа устройства — концентратор или коммутатор

— нужно еще определить и тип протокола, который будут под-

держивать его порты (или протоколов, если идет речь о коммута-

торе, так как каждый порт может поддерживать отдельный прото-

кол).

Достаточно сложен выбор коммуникационного устройства для

сети с выделенным сервером. Для принятия окончательного реше-

ния нужно принимать во внимание перспективы развития сети

в отношении движения к сбалансированному трафику. Если в се-

ти вскоре может появиться взаимодействие между рабочими

станциями, или же второй сервер, то выбор необходимо делать в

пользу коммутатора, который сможет поддержать дополнительный

трафик без ущерба по отношению к основному.

В пользу коммутатора может сыграть и фактор расстояний —

применение коммутаторов не ограничивает максимальный диа-

метр сети величинами в 2500 м или 210 м, которые определяют

размеры домена коллизий при использовании концентраторов

Ethernet и Fast Ethernet.

Особенности национального управления

Как в России умудряются во-

ровать, когда нигде нет денег, ук-

расть нечего? Все очень просто: на

Западе воруют из прибыли, а у нас

— из расходов.

Грустный анекдот

Российских сетевых администраторов с концентраторами

связывают особенно теплые чувства, и вот почему. Перечислю еще

раз основные критерии, которыми желательно руководствоваться

при выборе коммуникационного устройства:

? Стоимость

? Распределение трафика

? Тип протокола

? Перспективы развития сети

? Фактор расстояний

А вот как (я, конечно, утрирую) тот же список выглядит в гла-

зах типичного российского руководителя, принимающего решение

о покупке оборудования для малой сети:

? Стоимость

На распределение трафика закрывают глаза, тип протокола и

геометрическую конфигурацию сети выбирают, исходя из того,

какое оборудование стоит меньше, а о перспективах развития за-

думываться вообще не принято. В результате приобретается обо-

рудование, которое дешевле “здесь и сейчас”, “лишь бы работало”.

Естественно, самой популярной сетевой технологией является Thin

Ethernet, самым популярным программным обеспечением сервера

(до недавнего времени) — Novell NetWare, а без каких-либо допол-

нительных устройств стараются обойтись из-за всех сил, пока вся

сеть помещается в одном физическом сегменте.

И как же отвечает типичный руководитель на вопрос “кон-

центратор или коммутатор”? То, что дешевле! Конечно, концентра-

тор, причем нередко с таким числом портов, которого хватает

только “впритык”.

Вот такая славная национальная традиция.

Нет, все же традиции пора менять. Пора системному админи-

стратору объяснять своему начальнику, что экономия сейчас обер-

нется еще большими расходами через пару лет.

Я ни в коем случае не хотел обидеть никого из руководителей.

Приятно сознавать, что из правил есть и исключения, и, к сча-

стью, таких исключений со временем становится все больше.