Аппаратные компоненты сети. Концентраторы

 

 

Контрольная работа

по дисциплине «Компьютерные сети»

вариант №

«Аппаратные компоненты сети. Концентраторы.»

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Основная  функция концентраторов 3

Дополнительные  функции концентраторов 4

Многосегментные концентраторы 7

Конструктивное  исполнение концентраторов 9

Литература 13

 

 

Любая компьютерная сеть представляет собой довольно сложный комплекс программных и аппаратных средств, осуществляющих связь компьютеров  и других устройств между собой.

В основе аппаратной части  локальной сети лежат стандартизированные  компьютерные платформы различных  классов – от персональных компьютеров  до мэйнфреймов и суперЭВМ. Использование тех или иных компьютерных платформ, а также прочих аппаратных средств обосновывается набором задач, на решение которых ориентирована создаваемая сеть.

Кроме того, к аппаратной составляющей компьютерной сети относятся  кабельные системы линий связи  и коммуникационное оборудование, позволяющее  объединять отдельные сегменты сети и организовывать информационные потоки.

Основная  функция концентраторов

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

Каждый концентратор выполняет  некоторую основную функцию, определенную в соответствующем стандарте той технологии, которую он поддерживает. Помимо основной функции концентратор может выполнять некоторое количество дополнительных функций, которые либо вообще не определены в стандарте, 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. И если существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не столь велики, то их намного превосходит разброс в возможностях реализации концентраторами дополнительных функций.

Дополнительные  функции концентраторов

Концентраторы локальных сетей помимо основной функции протокола (побитного повторения кадра на всех портах или на следующем порту) всегда выполняют ряд полезных дополнительных функций: автосегментацию, поддержку резервных связей, защиту сети от несанкционированного доступа.

Автосегментация — способность отключать некорректно работающие порты, изолируя тем самым остальную часть сети от возникших в узле проблем. Основной причиной отключения порта в стандартах Ethernet и Fast Ethernet является отсутствие ответа на последовательность импульсов теста связности, посылаемых во все порты каждые 16 мс. В этом случае неисправный порт отключается, но импульсы теста связности 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 сумма, 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. 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 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. Если по какой-либо причине порт отключается (срабатывает механизм автосегментации), концентратор делает активным его резервный порт.

В некоторых моделях концентраторов разрешается использовать механизм назначения резервных портов только для оптоволоконных портов. Это делается из предположения, что нужно резервировать только наиболее важные связи, обычно выполняемые 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 определенные средства защиты данных в разделяемых средах.

Наиболее простое средство — 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. Если злоумышленник отсоединяет этот компьютер и присоединяет вместо него свой, концентратор заметит, что при старте нового компьютера в сеть начали поступать кадры с незаданным адресом источника. Так как этот адрес является недопустимым, то 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 RS-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.

Другим средством защиты данных от несанкционированного доступа  является их шифрование. Однако процесс  реального шифрования требует большой  вычислительной мощности, и для повторителя, не буферизующего кадр, выполнить шифрование «на лету» весьма сложно. Вместо этого в концентраторах применяется метод случайного искажения ноля 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 данных, но только станция, которой послан этот кадр, может понять содержание поля данных кадра. 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.

Многосегментные концентраторы

При рассмотрении некоторых  моделей концентраторов возникает  вопрос — зачем в них 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 использовались 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.

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.

Так, концентратор, представленный на рисунке, 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.

Между собой компьютеры, подключенные к разным сегментам, общаться через концентратор не могут, так  как шины внутри концентратора никак  не связаны.

Многосегментные концентраторы нужны для создания разделяемых сегментов, состав которых может легко изменяться. Большинство многосегментных концентраторов позволяют выполнять операцию соединения порта с одной из внутренних шин чисто программным способом, например путем локального конфигурирования через консольный порт. В результате администратор сети может присоединять компьютеры пользователей к любым портам концентратора, а затем с помощью программы конфигурирования концентратора управлять составом каждого сегмента. Если завтра сегмент 1 окажется перегруженным, то его компьютеры можно распределить между оставшимися сегментами концентратора.

Возможность многосегментного концентратора программно изменять связи портов с внутренними шинами называется конфигурационной коммутацией.

Многосегментные концентраторы — это программируемая основа больших сетей. Для соединения сегментов между собой нужны устройства другого типа — мосты/коммутаторы или маршрутизаторы. Такие межсетевые устройства должны подключаться к нескольким портам многосегментного концентратора, подсоединенным к разным внутренним шинам, и выполнять передачу кадров или пакетов между сегментами точно так же, как если бы они были образованы отдельными устройствами-концентраторами.

Для крупных сетей многосегментный концентратор играет роль интеллектуального кроссового шкафа, который выполняет новое соединение не за счет механического перемещения вилки кабеля в новый порт, а за счет программного изменения внутренней конфигурации устройства.

Конструктивное  исполнение концентраторов

На конструктивное устройство концентраторов большое влияние  оказывает их область применения. Концентраторы рабочих групп  чаще всего выпускаются как устройства с фиксированным количеством  портов, корпоративные концентраторы — как модульные устройства на основе шасси, а концентраторы отделов могут иметь стековую конструкцию. Такое деление не является жестким, и в качестве корпоративного концентратора может использоваться, например, модульный концентратор.

Концентратор  с фиксированным количеством  портов — это наиболее простое конструктивное исполнение, когда устройство представляет собой отдельный корпус со всеми необходимыми элементами (портами, органами индикации и управления, блоком питания), и эти элементы заменять нельзя. Обычно все порты такого концентратора поддерживают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4 до 48. Один порт может быть специально выделен для подключения концентратора к магистрали сети или же для объединения концентраторов (в качестве такого порта часто используется порт AUI, в этом случае применение соответствующего трансивера позволяет подключить концентратор к практически любой физической среде передачи данных).

Модульный концентратор выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, устанавливаемых на общее шасси. Шасси имеет внутреннюю шину для объединения отдельных модулей в единый повторитель. Часто такие концентраторы являются многосегментными, тогда в пределах одного модульного концентратора работает несколько несвязанных между собой повторителей. Для модульного концентратора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Модульные концентраторы позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигурацию концентратора, а также гибко и с минимальными затратами реагировать на изменения конфигурации сети.

Ввиду ответственной работы, которую выполняют корпоративные  модульные концентраторы, они снабжаются модулем управления, системой терморегулирования, избыточными источниками питания и возможностью замены модулей «на лету».

Недостатком концентратора  на основе шасси является высокая  начальная стоимость такого устройства для случая, когда предприятию на первом этапе создания сети нужно установить всего 1-2 модуля. Высокая стоимость шасси вызвана тем, что оно поставляется вместе со всеми общими устройствами, такими как избыточные источники питания и т. п. Поэтому для сетей средних размеров большую популярность завоевали стековые концентраторы.