Сетевой концентратор или хаб. Что такое USB-концентратор: виды и особенности

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.

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.

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 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.

Шина- наиболее простая и широко используемая топология. Она имеет линейную конфигурацию, при которой все компьютеры соединены одним кабелем. Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется шиной. Сигналы передаются всем компьютерам в сети. Чтобы предотвратить эффект отражения сигналов, к концам кабеля подключают терминаторы.

Базовые топологии.Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.

Понятие топологии сети. Базовые топологииВажнейшей характеристикой локальной сетиявляется ее топология,или, другими словами, конфигурация.

Тема 3. Компоновка сети.Топология сети

1. Понятие топологии сети. Базовые топологии

2. Понятия концентратора и коммутатора.

3. Сеть с топологией «шина».

4. Сеть с топологией «Звезда»

5. Сеть с топологией «Кольцо».

6. Комбинированные топологии.

Топологией или “топологией сети”, называется определенное физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов в сети. Топология - это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина “топология”, для описания физической компоновки употребляют также следующие:

Физическое расположение;

Компоновка;

Диаграмма;

Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

Способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.

Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Существует три базовых типа топологии: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring). На основе этих топологий строятся различные комбинации, например звезда-шина и звезда-кольцо.

Передавать данные одномоментно может только один компьютер. Поэтому, чем больше компьютеров в сети, тем меньше ее пропускная способность.

В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. В топологии “звезда” каждый компьютер напрямую подключен к центральному компоненту, именуемому концентратором .

Концентратор используют для централизации трафика ЛВС в одной точке. Если в сети, где стоит концентратор, происходит разрыв кабеля, то это отразится только на работе данного сегмента, а не на всей сети. Концентраторы позволяют достаточно просто расширять сеть и применять различные типы кабелей. Если центральный компонент выходит из строя, перестает функционировать вся сеть.

Концентратор - это устройство, которое позволяет соединять в сеть компьютеры по схеме звезда. На принципиальной схеме концентратор располагается в центре звезды, а к нему подключаются все компьютеры, компьютеры как бы концентрируются в этом устройстве – отсюда и название.

Каждый компьютер может быть соединен с концентратором кабелем длиной до 200 м. Если расстояние, на котором находится компьютер от концентратора, больше 200 м, то необходимо подключить дополнительный концентратор. Концентраторы могут соединяться между собой прямым кабелем или через другое устройство - коммутатор.

Коммутатор - это устройство для подключения концентраторов с целью создания разветвленной сети с множеством сегментов. При помощи коммутатора можно создать сеть, состоящую из нескольких простых "звезд".

При помощи комбинации коммутатора и концентраторов можно строить сети любой сложности и конфигурации.

Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца. В сети Token Ring (с передачей маркера) компьютеры образуют логическое кольцо. Сигнал, или маркер, циркулирует по кольцу (в направлении движения часовой стрелки), проходя через каждый компьютер. Компьютер получает свободный маркер и передает данные по сети. Принимающий компьютер копирует данные и отмечает их как принятые. Затем данные продолжают циркулировать по сети к передающему компьютеру, который удаляет их из сети и возвращает свободный маркер.

Для работы реальной сети требуется, чтобы каждый компьютер имел сетевую плату. Сетевая плата вставляется в свободный разъем расширения на системной плате компьютера. К сетевой плате через специальный разъем подключается кабель. Кроме сетевых плат используется и другое сетевое оборудование - концентраторы, коммутаторы, принт-серверы и другие устройства.

Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

На состав необходимого сетевого оборудования;

Характеристики сетевого оборудования;

Возможности расширения сети;

Способ управления сетью.

Если усвоить, как использовать различные топологии, то можно понять, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий. Рассмотрим подробно каждую из топологий.

3. Сеть с топологией «шина»

Топологию “шина” часто называют “линейной шиной” (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

Наибольшее распространение получили сети с так называемой древовидной структурой и с топологией под названием "общая шина". Любая из машин, включенных в такую сеть, может стать сервером, кроме того, возможно практически неограниченное расширение сети - подключение новых пользователей не влечет за собой изменения конфигурации.

В сети с топологией “шина” компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно знать следующие понятия: передача сигнала; отражение сигнала; терминатор.

Передача сигнала заключается в том, что данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

Характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

Частота, с которой компьютеры передают данные;

Тип работающих сетевых приложений;

Тип сетевого кабеля;

Расстояние между компьютерами в сети.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только “слушают” передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Отражение сигнала заключается в том, что данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы.

Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например, к компьютеру или к баррел-коннектору - для увеличения длины кабеля. К любому свободному - неподключенному- концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

При нарушении целостности сети разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть “падает”. Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Увеличение участка, охватываемого сетью, вызывает необходимость ее расширения . В сети с топологией “шина” кабель обычно удлиняется двумя способами. Для соединения двух отрезков кабеля можно воспользоваться баррел-коннектором (barrel connector). Но злоупотреблять ими не стоит, так как сигнал при этом ослабевает.

Лучше купить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких отрезков. При большом количестве “стыковок” нередко происходит искажение сигнала.

Для соединения двух отрезков кабеля служит репитер (repeater). В отличие от коннектора, он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем баррел-коннектор или даже один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений.

4. Сеть с топологией «Звезда»

При топологии “звезда” все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту , именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

В сетях с топологией “звезда” подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

Необходимо отметить, что в сетях с топологией “звезда” центральным узлом служит концентратор.

Существует три вида концентраторов: активные (active) концентраторы, пассивные (passive) концентраторы, гибридные (hybrid) концентраторы.

Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами - они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров.

Пассивные концентраторы –э то чаще всего монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.

Гибридными концентраторами называются концентраторы, к которым можно подключать кабели различных типов.

Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы.

Преимущества использования концентраторов заключаются в следующем:

1. Разрыв кабеля в сети с обычной топологией “линейная шина” приведет к “падению” всей сети. Между тем разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только данного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.

2. Простота изменения или расширения сети: достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

3. Использование различных портов для подключения кабелей разных типов, централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком: во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

5. Сеть с топологией «Кольцо». При топологии “кольцо” компьютеры подключаются к кабелю , замкнутому в кольцо . Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии “шина”, здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру.

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера . Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который “хочет” передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных.

После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10000 оборотов в секунду.

Основным недостатком сетей с кольцевой топологией, когда все ЭВМ связаны последовательно в кольцо и любая из них может стать сервером, является сложность включения в сеть новых пользователей.

6. Комбинированные топологии. В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. Рассмотрим некоторые из них.

Звезда-шина (star-bus) - это комбинация топологий “шина” и “звезда”. Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией “звезда” объединяются при помощи магистральной линейной шины.

В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть - остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных к нему компьютеров и концентраторов.

Звезда-кольцо (star-ring) кажется несколько похожей на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду.

Выбор топологии происходит при учете множества факторов для каждой конкретной ситуации.

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.