Реферат: Концентраторы

Практически во всех современных технологиях локальных сетей определено устрой­ство, которое имеет несколько равноправных названий — концентратор (concentrator), хаб (hub), повторитель (repeator). В зависимости от области применения этого устройства в значительной степени изменяется состав его функций и конструктив­ное исполнение. Неизменной остается только основная функция — это повторение кадра либо на всех портах (как определено в стандарте Ethernet, либо только на некоторых портах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом.

Концентратор обычно имеет несколько портов, к которым с помощью отдель­ных физических сегментов кабеля подключаются конечные узлы сети — компьюте­ры. Концентратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разделяемую среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из рассмотренных протоколов локальных сетей — Ethernet, Token Ring и т. п. Так как логика доступа к разделяемой среде существенно зависит от технологии, то для каждого типа технологии выпускаются свои концентраторы — Ethernet; Token Ring; РВП1 и 100VG-AnyLAN. Для конкретного протокола иногда используется свое, узкоспециализированное название этого устройства, более точно отражающее его функции или же использующееся в силу традиций, например, для концентраторов Token Ring характерно название MSAU.

Каждый концентратор выполняет некоторую основную функцию, определен­ную в соответствующем протоколе той технологии, которую он поддерживает. Хотя , эта функция достаточно детально определена в стандарте технологии, при ее реа­лизации концентраторы разных производителей могут отличаться такими деталя­ми, как количество портов, поддержка нескольких типов кабелей и т. п.

Кроме основной функции концентратор может выполнять некоторое количе­ство дополнительных функций, которые либо в стандарте вообще не определены, либо являются факультативными. Например, концентратор Token Ring может вы­полнять функцию отключения некорректно работающих портов и перехода на ре­зервное кольцо, хотя в стандарте такие его возможности не описаны. Концентратор оказался удобным устройством для выполнения дополнительных функций, облег­чающих контроль и эксплуатацию сети.

Рассмотрим особенности реализации основной функции концентратора на при­мере концентраторов Ethernet.

В технологии Ethernet устройства, объединяющие несколько физических сег­ментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду, использовались давно и получили название «повторителей» по своей основной функции — повторению на всех своих портах сигналов, полученных на входе одного из портов. В сетях на основе коаксиального кабеля обычными являлись двухпортовые повторители, соединяющие только два сегмента кабеля, поэтому термин концентратор к ним обычно не применялся.

С появлением спецификации 10Base-T для витой пары повторитель стал неотъем­лемой частью сети Ethernet, так как без него связь можно было организовать только между двумя узлами сети. Многопортовые повторители Ethernet на витой паре стали называть концентраторами или хабами, так как в одном устройстве действи­тельно концентрировались связи между большим количеством узлов сети. Кон­центратор Ethernet обычно имеет от 8 до 72 портов, причем основная часть портов предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 4.5 показан типич­ный концентратор Ethernet, рассчитанный на образование небольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта 10Base-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUI для подключения внешнего трансивера. Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиал или оптоволокно. С по­мощью этого трансивера концентратор подключается к магистральному кабелю, соединяющему несколько концентраторов между собой, либо таким образом обес­печивается подключение станции, удаленной от концентратора более чем на 100 м.

Рис. 4.5. Концентратор Ethernet.

Для соединения концентраторов технологии 10Base-T между собой в иерархи­ческую систему коаксиальный или оптоволоконный кабель не обязателен, можно применять те же порты, что и для подключения конечных станций, с учетом одно­го обстоятельства. Дело в том, что обычный порт RJ-45, предназначенный для под­ключения сетевого адаптера и называемый MDI-X (кроссированный MDI), имеет инвертированную разводку контактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартного соединительного кабеля, не кроссирующего контакты (рис. 4.6). В случае соединения концентраторов через стандартный порт MDI-X приходится использовать нестандартный кабель с перекрестным соединением пар. Поэтому некоторые изготовители снабжают концентратор выделенным портом MDI, в котором нет кроссирования пар. Таким образом, два концентратора можно соединить обычным некроссированным кабелем, если это делать через порт MDI-X одного концентратора и порт MDI второго. Чаще один порт концентратора может работать и как порт MDI-X, и как порт MDI, в зависимости от положения кнопочного переключателя, как это показано в нижней части рис. 4.6.

Многопортовый повторитель-концентратор Ethernet может по-разному рассматриваться при использовании правила 4-х хабов. В большинстве моделей все порты связаны с единственным блоком повторения, и при прохождении сигнала между двумя портами повторителя блок повторения вносит задержку всего один раз. Поэтому такой концентратор нужно считать одним повторителем с ограничения­ми, накладываемыми правилом 4-х хабов. Но существуют и другие модели повто­рителей, в которых на несколько портов имеется свой блок повторения. В таком случае каждый 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

Некоторые отличия могут демонстрировать модели концентраторов, работаю­щие на одномодовый волоконно-оптический кабель. Дальность сегмента кабеля, поддерживаемого концентратором FDDI, на таком кабеле может значительно от­личаться в зависимости от мощности лазерного излучателя — от 10 до 40 км.

Однако если существующие различия при выполнении основной функции кон­центраторов не столь велики, то их намного превосходит разброс в возможностях реализации концентраторами дополнительных функций.

Отключение портов

Очень полезной при эксплуатации сети является способность концентратора от­ключать некорректно работающие порты, изолируя тем самым остальную часть сети от возникших в узле проблем. Эту функцию называют автосегментацией ( autopartitioning ). Для концентратора FDDI эта функция для многих ошибочных ситуаций является основной, так как определена в протоколе. В то же время для концентратора Ethernet или Token Ring функция автосегментации для многих си­туаций является дополнительной, так как стандарт не описывает реакцию концентратора на эту ситуацию. Основной причиной отключения порта в стандартах Ethernet и Fast Ethernet является отсутствие ответа на последовательность импульсов link test, посылаемых во все порты каждые 16 мс. В этом случае неисправ­ный порт переводится в состояние «отключен», но импульсы link test будут про­должать посылаться в порт с тем, чтобы при восстановлении устройства работа с ним была продолжена автоматически.

Рассмотрим ситуации, в которых концентраторы Ethernet и Fast Ethernet вы­полняют отключение порта.

• Ошибки на уровне кадра. Если интенсивность прохождения через порт кадров, имеющих ошибки, превышает заданный порог, то порт отключается, а затем, при отсутствии ошибок в течение заданного времени, включается снова. Таки­ми ошибками могут быть: неверная контрольная сумм, неверная длина кадра (больше 1518 байт или меньше 64 байт), неоформленный заголовок кадра.

• Множественные коллизии. Если концентратор фиксирует, что источником кол­лизии был один и тот же порт 60 раз подряд, то порт отключается. Через некоторое время порт снова будет включен.

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

Поддержка резервных связей

Так как использование резервных связей в концентраторах определено только в стандарте FDDI, то для остальных стандартов разработчики концентраторов под­держивают такую функцию с помощью своих частных решений. Например, кон­центраторы Ethernet/Fast Ethernet могут образовывать только иерархические связи без петель. Поэтому резервные связи всегда должны соединять отключенные пор­ты, чтобы не нарушать логику работы сети. Обычно при конфигурировании кон­центратора администратор должен определить, какие порты являются основными, а какие по отношению к ним — резервными (рис. 4.7). Если по какой-либо причине порт отключается (срабатывает механизм автосегментации), концентратор делает активным его резервный порт.

Рис. 4.7. Резервные связи между концентраторами Ethernet

В некоторых моделях концентраторов разрешается использовать механизм назначения резервных портов только для оптоволоконных портов, считая, что нужно резервировать только наиболее важные связи, которые обычно выполняются на оптическом кабеле. В других же моделях резервным можно сделать любой порт.

Защита от несанкционированного доступа

Разделяемая среда предоставляет очень удобную возможность для несанкциони­рованного прослушивания сети и получения доступа к передаваемым данным. Для этого достаточно подключить компьютер с программным анализатором протоко­лов к свободному разъему концентратора, записать на диск весь проходящий по сети трафик, а затем выделить из него нужную информацию.

Разработчики концентраторов предоставляют некоторый способ защиты дан­ных в разделяемых 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 вручную связывает с каждым пор­том концентратора некоторый МАС-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 123 нормально работает с сетью через данный порт. Если зло­умышленник отсоединяет этот компьютер и присоединяет вместо него свой, концентратор заметит, что при старте нового компьютера в сеть начали поступать кадры с адресом источника 789. Так как этот адрес является недопустимым для первого порта, то эти кадры фильтруются, порт отключается, а факт нарушения прав доступа может быть зафиксирован.

Заметим, что для реализации описанного метода защиты данных концентратор нужно предварительно сконфигурировать. Для этого концентратор должен иметь блок управления. Такие концентраторы обычно называют интеллектуальными. Блок управления представляет собой компактный вычислительный блок со встроенным программным обеспечением. Для взаимодействия администратора с блоком управ­ления концентратор имеет консольный порт (чаще всего К.5-232), к которому под­ключается терминал или персональный компьютер с программой эмуляции терминала. При присоединении терминала блок управления организует на его эк­ране диалог, с помощью которого администратор вводит значения МАС-адресов. Блок управления может поддерживать и другие операции конфигурирования, на­пример ручное отключение или включение портов и т. д. Для этого при подключе­нии терминала блок управления выдает на экран некоторое меню, с помощью которого администратор выбирает нужное действие.

Рис. 4.8. Изоляция портов: передача кадров только от станций с

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

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

Многосегментные концентраторы

При рассмотрении некоторых моделей 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 между таким 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 почтовых сообщений или для перепи­сывания небольшого текстового файла. Сегодня таких сетей осталось крайне мало, и даже 5 компьютеров могут полностью загрузить сегмент Ethernet или Token Ring, а в некоторых случаях — и сегмент Fast Ethernet. Для чего же тогда нужен концентра­тор с большим количеством портов, если ими практически нельзя воспользоваться из-за ограничений по пропускной способности, приходящейся на одну станцию? Ответ состоит в том, что в таких концентраторах имеется несколько несвязанных внутренних шин, которые предназначены для создания нескольких разделяемых сред. Например, концентратор, изображенный на рис. 4.10, имеет три внутренние шины Ethernet. Если, например, в таком концентраторе 72 порта, то каждый из этих пор­тов может быть связан с любой из трех внутренних шин. На рисунке первые два компьютера связаны с шиной Ethernet 3, а третий и четвертый компьютеры — с шиной Ethernet 1. Первые два компьютера образуют один разделяемый сегмент, а третий и четвертый — другой разделяемый сегмент.

Рис. 4.10. Многосегментный концентратор

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--