Концентраторы - многопортовые повторители Ethernet на витой паре

Повторитель сигналов на два порта, применялся ещё в начале 80-х гг. с целью расширения сегментов сети на коаксиальном кабеле с шинной топологией. Для сети Ethernet 10Base-5 с “толстым” коаксиальным кабелем> 500м, и 10Base-2 с “тонким” >-185 м. С появлением спецификаций для витой пары 10Base-T, 100Base-TX, 100Base-T4, повторители стали многопортовыми и стали называться концентраторами, или хабами, так как в одном устройстве действительно концентрировались связи между большим количеством узлов сети. Концентратор (Hub) стал неотъемлемой частью сети Ethernet на витой паре 3-ей – 5-ой категории.

Основная функция концентратора – это функция повторителя сигнала, ослабленного после прохождения по длинным промежуткам кабеля (до 100м.). Концентратор, получив сигнал на одном из портов, усиливает, восстанавливает форму и одновременно, и по битно передает его на все оставшиеся порты, кроме порта с какого этот сигнал был получен. В этот момент приём сигнала на любом другом порту невозможен. Таким образом, концентратор позволяет строить сети с физической топологией «звезда», но функционально мы получаем логическую топологию «шина».

Концентраторы могут выполнять дополнительные полезные функции, как например: обнаружение не корректно работающего, клиента сети, ошибочно посылающего непрерывный поток кадров и отключение его от сети, а также другие функции, которые будут рассматриваться в дальнейшем.

Концентраторы можно соединять между собой, выстраивая физическую смешанную «звёздно-древовидную» топологию, соблюдая при этом определенные стандартом правила. Концентраторы, позволяют удлинить, расширить сеть, собирая сегменты сети различной длины и с разным количеством компьютеров в одну сеть.

Но принцип работы концентратора, всё равно приведёт нас к логической «шинной» топологии. В сетях с топологией «шина» сигнал, переданный одним компьютером, распространяется практически одновременно на все включенные компьютеры в сети, при этом передача сигнала с других компьютеров блокируется. При случайном возникновении в сети двух и более сигналов, создаётся ситуация «коллизии» и на какое-то время передача сигналов со всех без исключения компьютеров запрещается. Таким образом, при большом количестве компьютеров в сети, общая производительность сети резко падает.

В настоящее время концентраторы используются все реже и реже. На смену концентраторам пришли коммутаторы (switch’s).

1.1.2 Коммутаторы – Switch’s (многопортовые мосты).

Коммутаторы - более «интеллектуальные» сетевые устройства. Коммутаторы также бывают разными с различным количеством портов (4-48), различными конструктивными и функциональными особенностями, но всех объединяет алгоритм прозрачного моста, описанный в стандарте IEEE 802.1D. (Практическое выполнение на базе коммутаторов)

Алгоритм прозрачного моста – заключается в том, что мост/(коммутатор) принимает целый кадр в буфер, прежде чем отправить; анализирует физический адрес (MAC- адрес сетевого интерфейса/порта/карты), сравнивает полученный MAC –адрес с записями таблицы коммутации. В таблице коммутации запись имеет формат: MAC- address → #port, т.е. по полученному MAC –адресу определяется номер порта сегмента сети, куда будет передаваться кадр, при этом одновременно сравнивается номер порта в записи и номер порта принявшего кадр. При совпадении портов кадр отбрасывается (не передаётся), такая операция называется фильтрация (filtering). Если порты не совпадают и порт назначения свободен, то коммутатор (мост) передает кадр через соответствующий порт - продвигает кадр (forwarding) в сегмент назначения.

Классический мост, описанный в стандарте IEEE 802.ID, -это двух портовое сетевое устройство, предназначен для подключения двух сегментов сети с топологией шина. Он позволял «разорвать» логику работы всех сегментов как единой разделяемой среды, локализовать и уменьшить влияние коллизий, тем самым повысить производительность каждого сегмента сети в отдельности.

С приходом витой пары появились многопортовые мосты, т.е. коммутаторы. Коммутаторы по сравнению с классическими мостами претерпели много изменений.

Существуют множество различного типа коммутаторов от простейших до управляемых коммутаторов уровня ЦОД, но они все поддерживают описанный выше алгоритм прозрачного моста.

Коммутатор в отличие от моста и Hub'a, может принимать и обрабатывать кадры сразу от нескольких компьютеров, включенных в разные порты. Применение в коммутаторах отдельных процессоров на каждом порту – (процессор пакетов Ethernet – EPP - Ethernet Packet Processor), а также технологии: - “коммутация каждого принятого кадра «на лету» (не дожидаясь полной буферизации)”, позволило намного повысить производительность этих устройств. Современные коммутаторы, обладают многими другими полезными – «интеллектуальными» функциями, которые превосходят функции концентраторов и мостов, и в некоторых случаях могут совмещать некоторые функции маршрутизаторов (коммутаторы 3-го уровня).