Применение концентраторов.

Лекция 5. Многосегментные локальные сети.

Структуры и средства.

Без активного коммуникационного оборудования - концентраторов, мостов, коммутаторов и маршрутизаторов, которые соединяются с конечными узлами сети с помощью гибкой кабельной системы, транспортная подсистема не сможет выполнить свои функции так, как это от нее требуется в большой гетерогенной сети. Общий подход при структурировании заключается в образовании в большой сети с помощью концентраторов некоторого количества не связанных между собой сегментов сети (рис.5.1) как основы для дальнейшего соединения этих сегментов через мосты, коммутаторы или маршрутизаторы.

При использовании почти во всех протоколах локальных сетей (кроме АТМ) общих сред передачи данных, размер сегмента ограничивается его загруженностью (30% для Ethernet и Fast Ethernet, 80% доя Token Ring, FDDI и 1OOVG-AnyLAN). Кроме этого, размер сегмента может быть ограничен и по другим причинам - например, из-за определенного количества компьютеров в отделе или на этаже здания.

Применение концентраторов.

Основные функции концентраторов неразрывно связаны с тем протоколом канального уровня, который данный концентратор поддерживает. Эти функции были рассмотрены при рассмотрении каждого из протоколов локальных сетей.

Кроме этих основных функций, концентраторы часто выполняют и дополнительные функции, которые увеличивают степень их активного воздействия на обрабатываемый трафик.

Различные производители концентраторов реализуют в своих устройствах различные наборы вспомогательных функций, но наиболее часто встречаются следующие.

Рис. 5.1 . Мосты. Основная функция - разделение общей среды передачи данных локальной сети на несколько частей

• Объединение сегментов с различными физическими средами (например,

коаксиал, витая пара и оптоволокно).

• Автосегментация портов (partitioning) - отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной долины и т.п.). Это свойство существенно повышает эксплуатационные характеристики сети, так как отключает некорректно работающее устройство (например, сетевой адаптер, постоянно генерирующий последовательность единиц, отключается от сегмента, что локализует неисправность и позволяет остальным станциям сегмента не прерывать работу).

• Поддержка резервных связей между концентраторами, которые используются при отказе основных (рисунок 5.2). Резервные связи (порты) обычно должны конфигурироваться администратором с указанием активной

Рис. 5.2. Поддержка резервных связей между концентраторами

связи, которую дублирует резервная, и если основной порт отказывает (сегментируется), то концентратор автоматически делает резервный порт активным.

• Защита от несанкционированного доступа к передаваемым по сети данным.

• Наиболее простой способ - назначение разрешенных МАС-адресов портам концентратора (рис.5.3). При поступлении на порт кадра с недопустимым МАС-адресом, этот кадр отфильтровывается, а факт нарушения прав доступа может быть зафиксирован.

• Кроме ограничения доступа станций к портам, концентратор может осуществлять шифрацию поля данных проходящих через него кадров. Так как

процесс истинной шифрации требует большой вычислительной мощности, то на уровне повторителей часто вместо шифрации применяется метод случайного искажения поля данных в пакетах, передаваемых портам с адресом, статичным 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.5.4).

• Поддержка средств управления сетями - протокола SNMP, баз управляющей информации М1В (как стандартных, так и частных). Управляемые концентраторы (часто называемые также интеллектуальными) позволяют администраторам сети и обслуживающему персоналу из одного центрального пункта контролировать состояние своих портов, включать и отключать порты и конфигурировать концентраторы для выполнения остальных дополнительных функций, описанных выше.

Рис. 5.3. Осуществление изоляции портов: передача кадров только от станций с фиксированными адресами

Конструктивное исполнение концентраторов также бывает различным:

• Концентратор с фиксированным количеством портов - 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

Рис. 5.4. Искажение поля данных в пакетах, не предназначенных для приема узлами (the need to know)

концентратора поддерживают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4-8 до 24. Один порт может быть специально выделен для подключения концентратора к магистрали сети или же для объединения концентраторов (в качестве такого порта часто используется порт с интерфейсом AUI, в этом случае применение соответствующего трансивера позволяет подключить концентратор к практически любой физической среде передачи данных).

• Модульный концентратор - устройство выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, устанавливаемых на общее шасси. Шасси имеет шину для объединения отдельных модулей в единый повторитель. Для модульного концентратора могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Часто функции поддержки протокола SNMP выполняют в виде отдельного модуля, при установке которого концентратор превращается в интеллектуальное устройство. Модульные концентраторы позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигурацию концентратора, а также гибко и с минимальными затратами реагировать на изменения конфигурации сети.

Часто в модульных концентраторах, рассчитанных на подключение большого количества узлов, шасси содержит несколько независимых шин для объединения портов модулей в единый повторитель. При таком построении концентратор представляет собой многосегментный повторитель, который можно рассматривать как несколько несвязанных повторителей, выполненных в общем корпусе и имеющих общий источник питания, органы управления и индикации, и возможно, общий модуль управления по протоколу SNMP. Каждый из модулей такого концентратора можно приписать к определенной внутренней шине Ethetmet либо аппаратным способом (с помощью установки соответствующего переключателя), либо программно, с помощью поставляемой вместе с концентратором (или отдельно) программы управления. Предполагается, что такие несвязанные между собой сегменты можно при необходимости объединить в единый сегмент с помощью внешнего моста или же образовать интерсеть с помощью маршрутизатора.

В некоторых многосегментных типах концентраторов имеется возможность приписывать к отдельному сегменту не обязательно весь модуль, а только его отдельные порты. Обычно такая операция выполняется программным способом, и соответствующее свойство концентратора называется конфигурационной или же статической коммутацией (в отличие от динамической коммутации, когда устройство выполняет функции не повторителя, а многопортового моста). Концентратор с конфигурационной коммутацией позволяет быстро изменять распределение узлов сети по отдельным сегментам сети без физической перекоммутации связей, что бывает необходимо в различных случаях - при балансировке загрузки сегментов, при добавлении новых пользователей, при переходе пользователей из одной рабочей группы в другую или же при переезде пользователя из одного помещения в другое.

• Стековый концентратор - он как и концентратор с фиксированным числом портов выполнен в виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей, но имеет специальные порты и кабели для объединения нескольких таких корпусов в единый повторитель, который обеспечивает общую синхронизацию всех своих портов и поэтому с точки зрения правила 4-х повторителей считается одним повторителем. Число объединяемых в стек

корпусов может быть достаточно большим (обычно до 8). Стековые концентраторы могут поддерживать различные физические среды передачи, что делает их почти такими же гибкими, как и модульное концентраторы, но при этом стоимость его в расчете на один порт получается обычно ниже. Стековые концентраторы чаще поддерживают только один сегмент (одну шину объединения корпусов), хотя имеются и многосегментные стековые концентраторы.

Стековые концентраторы, выпускаемые одним производителем, выполняются в едином конструктивном стандарте, что позволяет легко устанавливать их друг на друга, образуя единое настольное устройство, или помещать их в общую стойку.

Для нескольких устройств, объединенных в стековых повторитель, можно использовать единый модуль управления (который вставляется в один из корпусов стека как дополнительный модуль), а также общий избыточный источник питания, что уменьшает общую стоимость стека.

Для создания центров обработки пакетов, реализующих не только функции повторителей, но и функции мостов, коммутаторов и маршрутизаторов, некоторые производители оборудования выпускают такие устройства в стековом исполнении, то есть в корпусах конструктивно совместимых с корпусами стековых повторителей, что позволяет удобно строить единую стойку управления, а также использовать общий резервный источник питания. Функционально установка в общий стек коммутаторов и маршрутизаторов обычно не изменяет совместной работы этих устройств (в отличие от повторителей, которые образуют единый повторитель, а не несколько независимых). Исключением является стековый маршрутизатор ASN компании Bay Networks, корпуса которого образуют общий маршрутизатор.

• Модульно-стековые концентраторы представляют собой модульные концентраторы, объединенные специальными связями в стек. Как правило, корпуса таких концентраторов рассчитаны на небольшое количество модулей (1 - 3). Эти концентраторы сочетают достоинства обоих типов концентраторов.

В зависимости от области применения концентраторы делятся на три класса:

• концентраторы рабочих групп,

• концентраторы отделов,

• корпоративные концентраторы.

Концентраторы рабочих групп обычно представляют собой устройства с фиксированным количеством портов (8 - 12), ориентированные на поддержку одного типа кабеля и обладающие минимальным набором дополнительных функций. Все изменения по переносу компьютеров из одной рабочей группы в другую при использовании этих концентраторов осуществляются за счет физической перекоммутации кабелей в кроссовых секциях или на панелях таких коммутаторов. Централизованное наблюдение и управление затруднено, если концентратор не поддерживает протокол SNMP.

Корпоративные концентраторы занимают другую крайнюю позицию - это модульные концентраторы с максимальным набором дополнительных функций. Такие концентраторы имеют модули для поддержки всех основных типов кабелей и разъемов и позволяют в одном корпусе осуществить объединение большого количества физических сегментов - максимальное количество портов может доходить до 200 - 400 в одном корпусе.

В корпоративных концентраторах обычно имеется по нескольку изолированных внутренних шин для всех основных протоколов - Ethernet) Token

Ring, FDDI, Fast Ethernet.

Корпоративные концентраторы применяются как гибкие программируемые центры коммутации, с помощью которых можно централизованно создавать рабочие группы, прикрепленные к одному из внутренних сегментов концентратора. В отличие от распределенных и плохо управляемых концентраторов рабочих групп, корпоративный концентратор позволяет заменить физическую перекоммутацию компьютеров в кроссовых шкафах программной коммутацией, что особенно важно в больших организациях, где такие изменения происходят достаточно часто. Легкость переноса станций из одного сегмента в другой позволяет находить экспериментальным путем рациональное разбиение сети на сегменты.

В корпоративный концентратор могут подходить кабельные связи как от концентраторов более низкого уровня иерархии, так и от отдельных рабочих станций или серверов. Наличие одного устройства - интеллектуального коммутационного центра - позволяет варьировать степень физической распределенности системы, усиливая ее централизацию, что может облегчить ее обслуживание.

Концентраторы отделов занимают промежуточное положение. Здесь часто находят применение стековые и модульно-стековые концентраторы.