Реферат: Концентраторы

Рижский Государственный техникумРеферат по сетям на тему:КонцентраторыВыполнил: учащийсягруппы D4-2mПузанов Илья

РИГА

2002

Основные и дополнительные функции концентраторов

Практически во всехсовременных технологиях локальных сетей определено устройство, которое имеет несколько равноправных названий —концентратор (concentrator), хаб (hub), повторитель (repeator). Взависимости от области применения этого устройствав значительной степени изменяется состав его функций и конструктивноеисполнение. Неизменной остается только основная функция — это повторение кадра либо навсех портах (как определено в стандарте Ethernet, либо только на некоторыхпортах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом.

Концентраторобычно имеет несколько портов, к которым с помощью отдельных физических сегментов кабеля подключаются конечныеузлы сети — компьютеры. Концентратор объединяет отдельные физическиесегменты сети в единую разделяемую среду,доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из рассмотренных протоколов локальных сетей — Ethernet, TokenRingи т. п. Так как логика доступа к разделяемойсреде существенно зависит от технологии, то для каждого типа технологии выпускаются свои концентраторы — Ethernet; TokenRing; РВП1 и 100VG-AnyLAN. Для конкретного протоколаиногда используется свое, узкоспециализированноеназвание этого устройства, более точно отражающее его функции или жеиспользующееся в силу традиций, например, для концентраторов TokenRingхарактерно название MSAU.

Каждый концентратор выполняетнекоторую основную функцию, определенную всоответствующем протоколе той технологии, которую он поддерживает. Хотя, эта функция достаточно детально определена в стандартетехнологии, при ее реализации концентраторы разных производителей могутотличаться такими деталями, как количество портов,поддержка нескольких типов кабелей и т. п.

Кромеосновной функции концентратор может выполнять некоторое количество дополнительных функций, которые либо в стандартевообще не определены, либо являютсяфакультативными. Например, концентратор TokenRingможет выполнятьфункцию отключения некорректно работающих портов и перехода на резервное кольцо, хотя в стандарте такие его возможности неописаны. Концентратор оказался удобным устройством для выполнениядополнительных функций, облегчающих контроль и эксплуатацию сети.

Рассмотримособенности реализации основной функции концентратора на примере концентраторов Ethernet.

Втехнологии Ethernetустройства, объединяющие несколько физических сегментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду,использовались давнои получили название«повторителей» по своей основной функции — повторению на всех своих портах сигналов, полученных на входе одногоиз портов. В сетях на основе коаксиального кабеля обычными являлисьдвухпортовые повторители, соединяющие только два сегментакабеля, поэтому термин концентратор к ним обычнонеприменялся.

С появлением спецификации10Base-T для витой пары повторитель стал неотъемлемойчастью сети Ethernet, так какбез него связь можно было организовать только междудвумя узлами сети. Многопортовые повторители Ethernet на витой паре сталиназывать концентраторами или хабами, так как в одном устройстве действительноконцентрировались связи между большим количеством узлов сети. Концентратор Ethernetобычно имеет от 8 до 72 портов, причем основная частьпортов предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 4.5 показантипичный концентратор Ethernet, рассчитанный на образованиенебольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта10Base-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUIдляподключения внешнего трансивера. Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиал или оптоволокно. Спомощью этого трансивера концентратор подключается к магистральномукабелю, соединяющему несколькоконцентраторов между собой, либо таким образом обеспечивается подключениестанции, удаленной от концентратора более чем на 100 м.

Рис. 4.5.Концентратор Ethernet.

Для соединенияконцентраторов технологии 10Base-Tмежду собой в иерархическуюсистему коаксиальный или оптоволоконный кабель не обязателен, можно применять те же порты, что и для подключения конечныхстанций, с учетом одного обстоятельства. Дело втом, что обычный порт RJ-45, предназначенный для подключения сетевого адаптера и называемый MDI-X(кроссированный MDI), имеет инвертированную разводкуконтактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартногосоединительного кабеля, не кроссирующего контакты (рис. 4.6). В случаесоединения концентраторов через стандартный порт MDI-X приходится использоватьнестандартный кабель с перекрестнымсоединением пар. Поэтому некоторые изготовители снабжают концентратор выделенным портом MDI, в котором неткроссирования пар. Таким образом, два концентратора можно соединитьобычным некроссированным кабелем, если это делать через порт MDI-X одногоконцентратора и порт MDI второго. Чаще один порт концентратора может работать икак порт MDI-X, и как порт MDI, в зависимостиот положения кнопочного переключателя, как это показано в нижней части рис. 4.6.

Многопортовыйповторитель-концентратор Ethernetможет по-разному рассматриватьсяпри использовании правила 4-х хабов. В большинстве моделей все порты связаны с единственным блоком повторения, и припрохождении сигнала между двумя портами повторителя блок повторения вноситзадержку всего один раз. Поэтому такойконцентратор нужно считать одним повторителем с ограничениями, накладываемыми правилом 4-х хабов. Носуществуют и другие модели повторителей, в которых на несколько портовимеется свой блок повторения. В такомслучаекаждый блок повторения нужно считать отдельным повторителем и учитывать его отдельно в правиле 4-х хабов.

Рис.4.6. Соединения типа «станция—концентратор» и«концентратор—концентратор» на витой паре

Некоторыеотличия могут демонстрировать модели концентраторов, работающие на одномодовый волоконно-оптический кабель. Дальностьсегмента кабеля, поддерживаемого концентратором FDDI,на таком кабеле может значительно отличаться в зависимости от мощностилазерного излучателя — от 10 до 40 км.

Однакоесли существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не столь велики, то их намного превосходитразброс в возможностях реализации концентраторамидополнительных функций.

Отключение портов

Очень полезной приэксплуатации сети является способность концентратора отключать некорректно работающие порты, изолируя тем самымостальную часть сети от возникших в узле проблем.Эту функцию называют автосегментацией (autopartitioning). Для концентратора FDDIэта функция для многих ошибочных ситуаций является основной, так как определена впротоколе. В то же время для концентратора Ethernetили TokenRingфункция автосегментации для многих ситуаций является дополнительной, так как стандарт неописывает реакцию концентратора на эту ситуацию.Основной причиной отключения порта в стандартах Ethernetи FastEthernetявляется отсутствие ответа на последовательность импульсов link test, посылаемых во все порты каждые 16 мс.В этом случае неисправный порт переводится всостояние «отключен», но импульсы link test будут продолжать посылаться в порт с тем, чтобы при восстановленииустройства работа с ним была продолженаавтоматически.

Рассмотрим ситуации, вкоторых концентраторы Ethernetи FastEthernetвыполняют отключение порта.

• Ошибки на уровне кадра. Еслиинтенсивность прохождения через порт кадров, имеющих ошибки, превышает заданныйпорог, то порт отключается, а затем, приотсутствии ошибок в течение заданного времени, включается снова. Такимиошибками могут быть: неверная контрольная сумм, неверная длина кадра (больше1518 байт или меньше 64 байт), неоформленный заголовок кадра.

• Множественные коллизии. Есликонцентратор фиксирует, что источником коллизии был один и тот же порт 60 раз подряд, то порт отключается.Через некоторое время порт снова будетвключен.

• Затянувшаясяпередача (jabber). Как и сетевой адаптер, концентратор контролирует время прохождения одного кадра через порт. Еслиэто время превышает время передачи кадра максимальной длины в 3 раза,то порт отключается.

Поддержка резервных связей

Так как использованиерезервных связей в концентраторах определено только в стандарте FDDI, то для остальных стандартов разработчикиконцентраторов поддерживают такую функцию с помощью своих частных решений.Например, концентраторы Ethernet/FastEthernetмогут образовывать только иерархические связи без петель. Поэтому резервные связи всегда должнысоединять отключенные порты, чтобы не нарушать логикуработы сети. Обычно при конфигурировании концентратораадминистратор должен определить, какие порты являются основными, а какие по отношению к ним — резервными (рис. 4.7). Еслипо какой-либо причине порт отключается (срабатываетмеханизм автосегментации), концентратор делает активным его резервный порт.

Рис. 4.7.Резервные связи междуконцентраторами Ethernet

Внекоторых моделях концентраторов разрешается использовать механизм назначениярезервных портов только для оптоволоконных портов, считая, что нужно резервировать только наиболее важные связи, которыеобычно выполняются на оптическом кабеле. В другихже моделях резервным можно сделать любой порт.

Защита от несанкционированного доступа

Разделяемая средапредоставляет очень удобную возможность для несанкционированного прослушивания сети и получения доступа кпередаваемым данным. Для этого достаточно подключитькомпьютер с программным анализатором протоколовк свободному разъему концентратора, записать на диск весь проходящий по сети трафик, а затем выделить из него нужную информацию.

Разработчики концентраторовпредоставляют некоторый способ защиты данных вразделяемых средах.

Наиболее простой способ —назначение разрешенных МАС-адресов портам концентратора.В стандартном концентраторе Ethernet порты МАС-адресов не имеют. Защита заключается в том, что администратор вручнуюсвязывает с каждым портом концентратора некоторыйМАС-адрес. Этот МАС-адрес является адресом станции,которой разрешается подключаться к данному порту. Например, на рис. 4.8 первому порту концентратора назначен МАС-адрес 123(условная запись). Компьютер с МАС-адресом 123нормально работает с сетью через данный порт. Если злоумышленник отсоединяет этот компьютер и присоединяетвместо него свой, концентратор заметит, что при стартенового компьютера в сеть начали поступать кадры садресом источника 789. Так как этот адрес является недопустимым для первогопорта, то эти кадры фильтруются, порт отключается, а факт нарушения прав доступа может быть зафиксирован.

Заметим, что для реализацииописанного метода защиты данных концентратор нужнопредварительно сконфигурировать. Для этого концентратор должен иметь блок управления. Такие концентраторы обычно называютинтеллектуальными. Блок управления представляетсобой компактный вычислительный блок со встроенным программным обеспечением. Для взаимодействияадминистратора с блоком управления концентратор имеетконсольный порт (чаще всего К.5-232), к которому подключается терминал или персональный компьютер спрограммой эмуляции терминала. При присоединениитерминала блок управления организует на его экранедиалог, с помощью которого администратор вводит значения МАС-адресов. Блок управления может поддерживать и другие операцииконфигурирования, например ручное отключение иливключение портов и т. д. Для этого при подключениитерминала блок управления выдает на экран некоторое меню, с помощью которого администратор выбирает нужное действие.

Рис. 4.8. Изоляция портов: передача кадровтолько от станций с

Другимспособом защиты данных от несанкционированного доступа является их шифрация. Однако процесс истинной шифрации требуетбольшой вычислительной мощности, и для повторителя,не буферизующего кадр, выполнить шифрацию «на лету»весьма сложно. Вместо этого в концентраторах применяется метод случайного искаженияполя данных в пакетах, передаваемых портам с адресом, отличным от адреса назначения пакета. Этот метод сохраняетлогику случайного доступа к среде, таккак все станции видят занятость среды кадром информации, но только станция, которой послан этот кадр, может понять содержаниеполя данных кадра (рис. 4.9). Для реализации этого метода концентратор такженужно снабдить информацией о том,какие МАС-адреса имеют станции, подключенные к его портам. Обычно поле данных в кадрах, направляемых станциям, отличнымот адресата, заполняется нулями.

Рис.4.9. Искажение поля данных в кадрах, не предназначенных дляприема станциями

Многосегментные концентраторы

При рассмотрении некоторыхмоделей концентраторов возникает вопрос — зачем в этой модели имеется такое большое количество портов,например 192 или 240? Имеет ли смысл разделять среду в 10 или 16 Мбит/с междутаким большим количеством станций? Возможно,десять — пятнадцать лет назад ответ в некоторых случаях мог бы быть и положительным, например, для тех сетей,в которых компьютеры пользовались сетью только для отправки небольших почтовыхсообщений или для переписывания небольшого текстового файла. Сегодня такихсетей осталось крайне мало, и даже 5компьютеров могут полностью загрузить сегмент Ethernetили Token Ring, а в некоторых случаях — и сегмент FastEthernet. Для чего же тогда нужен концентратор с большим количествомпортов, если ими практически нельзя воспользоваться из-за ограничений попропускной способности, приходящейся на одну станцию? Ответ состоит в том, чтов таких концентраторах имеется несколько несвязанных внутренних шин, которые предназначены для создания несколькихразделяемых сред. Например, концентратор, изображенный на рис. 4.10,имеет три внутренние шины Ethernet. Если,например, в таком концентраторе 72 порта, то каждый из этих портовможет быть связан с любой из трех внутренних шин. На рисунке первые два компьютера связаны с шиной Ethernet 3, а третий ичетвертый компьютеры — с шиной Ethernet1. Первые два компьютера образуют один разделяемый сегмент, а третий ичетвертый — другой разделяемый сегмент.

Рис. 4.10. Многосегментный концентратор

Междусобой компьютеры, подключенные к разным сегментам, общаться через концентратор не могут, так как шины внутри концентратораникак не связаны.

Многосегментныеконцентраторы нужны для создания разделяемых сегментов, состав которых можетлегко изменяться. Большинство многосегментных концентраторов,например System 5000 компании Nortel Networksили PortSwitch Hub компании3Com, позволяют выполнять операцию соединения порта с одной из внутренних шин чисто программным способом,например с помощью локального конфигурированиячерез консольный порт. В результате администратор сети можетприсоединять компьютеры пользователей к любым портам концентратора, а затем с помощью программы конфигурированияконцентратора управлять составом каждого сегмента. Если завтра сегмент 1станет перегруженным, то его компьютерыможно распределить между оставшимися сегментами концентратора.

Возможностьмногосегментного концентратора программно изменять связи портов свнутренними шинами называется конфигурационной коммутацией (configurationswitching)

ВНИМАНИЕ

Конфигурационная коммутация не имеет ничего общего с коммутацией кадров,которую выполняют мосты и коммутаторы.

Многосегментныеконцентраторы — это программируемая основа больших сетей. Для соединения сегментов между собой нужны устройствадругого типа — мосты/коммутаторы илимаршрутизаторы. Такое межсетевое устройство должно подключаться к нескольким портам многосегментногоконцентратора, подсоединенным к разным внутреннимшинам, и выполнять передачу кадров или пакетов междусегментами точно так же, как если бы они были образованы отдельными устройствами -концентраторами.

Длякрупных сетей многосегментный концентратор играет роль интеллектуального кроссового шкафа, который выполняет новоесоединение не за счет механического перемещения вилкикабеля в новый порт, а за счет программного изменениявнутренней конфигурации устройства.

Управлениеконцентратором по протоколу SNMP

Как видно из описаниядополнительных функций, многие из них требуют конфигурирования концентратора. Это конфигурирование можетпроизводиться локально, через интерфейс RS-232C,который имеется у любого концентратора, имеющего блокуправления… Кроме конфигурирования в большой сети очень полезна функция наблюдения за состоянием концентратора:работоспособен ли он, в каком состоянии находятся его порты.

При большом количествеконцентраторов и других коммуникационных устройств в сети постоянное наблюдение за состоянием многочисленныхпортов и изменением их параметров становитсяочень обременительным занятием, если оно должно выполняться с помощью локального подключения терминала.Поэтому большинство концентраторов, поддерживающих интеллектуальныедополнительные функции, могут управляться централизованно по сети с помощьюпопулярного протокола управления SNMP(SimpleNetworkManagementProtocol) изстека TCP/IP.

Рис. 4.11. Структурасистемы управления на основе протокола SNMP

Вблок управления концентратором встраивается так называемый ЗКМР-агент. Этот агент собирает информацию о состоянииконтролируемого устройства и хранит ее в такназываемой базе данных управляющей информации — Management Information Base, MIB. Эта базаданных имеет стандартную структуру, что позволяет одному из компьютеров сети, выполняющему роль центральной станцииуправления, запрашивать у агента значения стандартныхпеременных базы MIB. В базе MIB хранятся не толькоданные о состоянии устройства, но и управляющая информация, воздействующая наэто устройство. Например, в MIB есть переменная, управляющая состояниемпорта, имеющая значения «включить» и «выключить». Если станция управления меняет значение управляющейпеременной, то агент должен выполнить этоуказание и воздействовать на устройство соответствующим образом, напримервыключить порт или изменить связь порта с внутренними шинами концентратора.

Взаимодействиемежду станцией управления (по-другому — менеджером системы управления) и встроенными в коммуникационные устройстваагентами происходит по протоколу SNMP.Концентратор, который управляется по протоколу SNMP, должен поддерживать основные протоколы стека TCP/IP и иметь IP-и МАС-адреса. Точнее, эти адреса относятся к агенту концентратора. Поэтомуадминистратор, который хочет воспользоватьсяпреимуществами централизованного управления концентраторами по сети, должензнать стек протоколов ТСР/IР и сконфигурировать IР-адреса их агентов.

Конструктивноеисполнение концентраторов

На конструктивное устройствоконцентраторов большое влияние оказывает их областьприменения. Концентраторы рабочих групп чаще всего выпускаются как устройства с фиксированным количеством портов,корпоративные концентраторы — как модульныеустройства на основе шасси, а концентраторы отделов могут иметь стековую конструкцию. Такое деление не являетсяжестким, и в качестве корпоративного концентратораможет использоваться, например, модульный концентратор.

Концентратор с фиксированнымколичеством портов — это наиболее простоеконструктивное исполнение, когда устройство представляет собой отдельный корпус со всеми необходимыми элементами (портами, органамииндикации и управления, блоком питания), и этиэлементы заменять нельзя. Обычно все порты такого концентратора поддерживают одну среду передачи, общееколичество портов изменяется от 4-8 до 24. Одинпорт может быть специально выделен для подключения концентратора к магистрали сети или же для объединенияконцентраторов (в качестве такого порта частоиспользуется порт с интерфейсом AUI, в этом случае применениесоответствующего трансивера позволяет подключить концентратор к практическилюбой физической среде передачи данных).

Модульный концентратор выполняетсяв виде отдельных модулей с фиксированнымколичеством портов, устанавливаемых на общее шасси. Шасси имеет внутреннюю шину для объединения отдельных модулей в единыйповторитель. Часто такие концентраторы являютсямногосегментными, тогда в пределах одного модульногоконцентратора работает несколько несвязанных между собой повторителей. Длямодульного концентратора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемойфизической среды. Часто агент протокола SNMPвыполняется в виде отдельного модуля, при установке которого концентратор превращается в интеллектуальноеустройство. Модульные концентраторы позволяютболее точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигурацию концентратора, а также гибко и сминимальными затратами реагировать на измененияконфигурации сети.

Ввидуответственной работы, которую выполняют корпоративные модульные концентраторы, они снабжаются модулем управления,системой терморегулирования, избыточными источникамипитания и возможностью замены модулей «на ходу».

Недостаткомконцентратора на основе шасси является высокая начальная стоимость такого устройства для случая, когда предприятию напервом этапе создания сети нужно установитьвсего 1-2 модуля. Высокая стоимость шасси вызвана тем, что оно поставляется вместе со всеми общимиустройствами, такими как избыточные источники питания ит. п. Поэтому для сетей средних размеров большуюпопулярность завоевали стековые концентраторы.

Стековый концентратор, каки концентратор с фиксированным числом портов, выполненв виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей. Типичный вид нескольких стековых концентраторовEthernet показан на рис. 4.12. Однако стековымиэти концентраторы называются не потому, что они устанавливаютсяодин на другой. Такая чисто конструктивная деталь вряд ли удостоилась бы особого внимания, так как установканескольких устройств одинаковых габаритных размеров вобщую стойку практикуется очень давно. Стековые концентраторыимеют специальные порты и кабели для объединения нескольких таких корпусов вединый повторитель (рис. 4.13), который имеет общий блок повторения, обеспечивает общую ресинхронизацию сигналов длявсех своих портов ипоэтому с точки зренияправила 4-х хабов считается одним повторителем. Если стековыеконцентраторы имеют несколько внутренних шин, то при соединении в стек эти шины объединяются и становятся общимидля всех устройствстека. Число объединяемых встек корпусов может быть достаточно большим (обычно до 8, но бывает и больше). Стековые концентраторымогут поддерживать различные физические средыпередачи, что делает их почти такими же гибкими, как и модульныеконцентраторы, но при этом стоимость этих устройств в расчете на один портполучается обычно ниже, так как сначала предприятие может купить одно устройство без избыточного шасси, а потомнарастить стек еще несколькими аналогичнымиустройствами.

Рис. 4.13. Объединение стековыхконцентраторов в единое устройство с помощью специальных разъемов на заднейпанели

Стековыеконцентраторы, выпускаемые одним производителем, выполняются в едином конструктивном стандарте, что позволяет легкоустанавливать их друг на друга, образуя единоенастольное устройство, или помещать их в общую стойку. Экономия при организации стека происходит еще и за счетединого для всех устройств стека модуляSNMP-управления (который вставляется в один из корпусов стека как дополнительный модуль), а также общегоизбыточного источника питания.

Модульно-стековые концентраторы представляют собой модульные концентраторы, объединенные специальными связями в стек. Какправило, корпуса таких концентраторов рассчитаны нанебольшое количество модулей (1-3). Эти концентраторы сочетают достоинстваконцентраторов обоих типов.

Выводы

·

От производительностисетевых адаптеров зависит производительность любой сложнойсети, так как данные всегда проходят не только через коммутаторы имаршрутизаторы сети, но и через адаптеры компьютеров, а результирующая производительность последовательно соединенныхустройств определяется производительностьюсамого медленного устройства.

·

Сетевые адаптерыхарактеризуются типом поддерживаемого протокола, производительностью, шиной компьютера, к которой они могутприсоединяться, типом приемопередатчика, а такженаличием собственного процессора, разгружающего центральныйпроцессор компьютера от рутинной работы.

·

Сетевые адаптеры для серверовобычно имеют собственный процессор, а клиентскиесетевые адаптеры — нет.

·

Современные адаптеры умеютадаптироваться к временным параметрам шины иоперативной памяти компьютера для повышения производительности обмена «сеть—компьютер».

·

Концентраторы, кроме основной функции протокола(побитного повторения кадра на всех илипоследующем порту), всегда выполняют ряд полезных дополнительных функций, определяемых производителемконцентратора.

·

Автосегментация — одна изважнейших дополнительных функций, с помощью которой концентратор отключаетпорт при обнаружении разнообразных проблемс кабелем и конечным узлом, подключенным к данному порту.

·

В число дополнительныхфункций входят функции защиты сети от несанкционированногодоступа, запрещающие подключение к концентратору компьютеров с неизвестными MAC-адресами, а также заполняющие нулями поля данных кадров, поступающих не к станции назначения.

·

Стековые концентраторы сочетают преимуществамодульных концентраторов и концентраторов сфиксированным количеством портов.

·

Многосегментные концентраторыпозволяют делить сеть на сегменты программнымспособом, без физической перекоммутации устройств.

·

Сложные концентраторы,выполняющие дополнительные функции, обычно могут управлятьсяцентрализованно по сети по протоколу SNMP.




<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-

еще рефераты

Еще работы по компьютерным сетям

Реферат по компьютерным сетям

Кабели для компьютерных сетей

29 Августа 2013

Реферат по компьютерным сетям

Internet. Службы и возможности

29 Августа 2013

Реферат по компьютерным сетям

Глобальный мир Интернет и его возможности

29 Августа 2013

Реферат по компьютерным сетям

Безопасность информационных технологий

29 Августа 2013