Концентраторы в локальных сетях

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 — повторители 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 концентратором (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 современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевых устройства, называются физическими сегментами. Таким образом, концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых физических сегментов, являются 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 компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физичес­ким 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 возможность обмена данными для других компьютеров.

Что же такое концентратор?

hub [hлb] ступица (колеса).

Англо-русский словарь

Концентратор — это 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. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Обработка коллизий и текущий контроль состояния 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. Так как логика доступа к разделяемой среде существенно зависит 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, образующих 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 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 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 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.

Общие свойства концентраторов

Большинство концентраторов 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 дюймов; 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 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 отсутствия), ни по сети (по причине отсутствия SNMP-модуля). Являются простым и дешевым решением для организации рабочей группы небольшого размера.

Концентраторы среднего класса — двенадцати-, шестнадцати-, двадцатичетырехпортовые 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 RS-232 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 — двенадцати-, шестнадцати-, двадцатичетырех- и сокоравосьмипортовые концентраторы. 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 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 локальных 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 концентраторы 10Base-T, сегментируют порты (отключая при этом не одну станцию, а абонентов всего физического сегмента) 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 повторителей и не требующих частых изменений.

10/100Hubs появились в последнее время. Если просто читать 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 резервных связей (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, необходимо 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 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 периодический импульс длительностью 100 наносекунд, посылаемый через каждые 16 миллисекунд. 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, поскольку концентратор по определению является широковещательным устройством. Но при необходимости администратору сети могут быть доступны следующие средства: блокирование неиспользуемых портов (путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения), установка пароля на консольный порт, установка шифрования информации на каждом из портов (некоторые модели имеют эту возможность).

Многофункциональные модульные концентраторы

При построении сложной сети могут быть полезны все типы коммуникационных устройств: и концентраторы, и мосты, и коммутаторы, и маршрутизаторы (сетевые адаптеры исключены из этого списка, потому что они необходимы всегда). Чаще всего отдельное коммуникационное устройство выполняет только одну основную 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 сочетать эти базовые функции и тем самым позволяет разработчику сети использовать его более гибко.

В идеале можно представить себе универсальное коммуникационное 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 качеству выполнения узких специальных функций и, возможно поэтому, на современном уровне развития техники такое полностью универсальное устройство пока не появилось, хотя отдельное совмещение функций в одном устройстве иногда выполняется.

Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мостов, в зависимости от того, как сконфигурировано администратором их программное обеспечение. А вот функции повторителя требуют высокого быстродействия, которое может быть достигнуто только на сугубо аппаратном уровне. Поэтому функции повторителя не объединяются с функциями моста или маршрутизатора.

Для совмещения функций может быть использован другой подход. В специальных устройствах — модульных концентраторах — отдельные компоненты, выполняющие одну из трех описанных основных функций, реализованы в виде модулей, устанавливаемых в общем корпусе. При этом межмодульные связи организуются не внешним образом, как это делается, когда модули представляют собой отдельные устройства, а по внутренним шинам 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 зависимости от комплектации модульный многофункциональный концентратор 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 уровень иерархии корпоративной сети, вопрос о применении того или иного коммуникационного устройства сводится к вопросу о выборе между концентратором или коммутатором.

При ответе на этот вопрос нужно принимать во внимание несколько факторов. Безусловно, немаловажное значение имеет стоимость за порт, которую нужно заплатить при выборе устройства. Из технических соображений в первую очередь нужно принять 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. Если да, то нужно уже сегодня обеспечить резервы по пропускной способности применяемого коммуникационного оборудования. Использование технологии Intranet также ведет к увеличению объемов 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 поддерживать его порты (или протоколов, если идет речь о коммутаторе, так как каждый порт может поддерживать отдельный протокол).

Достаточно сложен выбор коммуникационного устройства для сети с выделенным сервером. Для принятия окончательного решения нужно принимать во внимание перспективы развития сети в отношении движения к сбалансированному трафику. Если в сети 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 диаметр 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 воровать, когда нигде нет денег, украсть 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 глазах 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 задумываться вообще не принято. В результате приобретается оборудование, 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 дополнительных устройств стараются обойтись из-за всех сил, пока вся сеть помещается в одном физическом сегменте.

И как же отвечает типичный руководитель на вопрос «концентратор или коммутатор»? То, что дешевле! Конечно, концентратор, причем нередко с таким числом портов, которого хватает только «впритык».

Вот такая славная национальная традиция.

Нет, все же традиции пора менять. Пора системному администратору объяснять своему начальнику, что экономия сейчас обернется 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 счастью, таких исключений со временем становится все больше.