Dlaczego koncentratory należą do przeszłości

Aby połączyć kilka urządzeń w LAN (Local Area Network), potrzebują Państwo centralnego urządzenia, które je ze sobą łączy. Początkowo takim urządzeniem był hub. Obecnie jest nim switch. Zrozumienie, dlaczego huby zostały zastąpione, pokazuje, jak naprawdę działają sieci lokalne i dlaczego switche są znacznie lepsze. Ta lekcja koncentruje się na prostym hubie i problemach, które doprowadziły do jego wycofania.

Hub to proste urządzenie z kilkoma portami, które łączy urządzenia w topologii gwiazdy. Hub nie jest jednak inteligentny: gdy ramka (jednostka danych w sieci LAN) dociera do jednego portu, hub po prostu powtarza ją na wszystkich pozostałych portach. Nie analizuje adresów ani nie decyduje, dokąd powinny trafić dane. Każde podłączone urządzenie odbiera każdą transmisję, niezależnie od tego, czy jest jej zamierzonym odbiorcą.

Hub działa w warstwie fizycznej (warstwie 1 modelu OSI). Jedynie powtarza i wzmacnia sygnały elektryczne; nie rozpoznaje adresów MAC ani ramek jako danych o określonym znaczeniu. Dlatego hub bywa nazywany repeaterem wieloportowym. Ponieważ nie ma informacji o miejscach docelowych, nie może podejmować decyzji o przekazywaniu danych tak jak switch.

Ponieważ hub powtarza wszystko do wszystkich urządzeń, wszystkie podłączone urządzenia współdzielą jedną domenę kolizyjną — obszar, w którym dwie transmisje mogą się zderzyć, jeśli urządzenia nadają jednocześnie. Przy współdzieleniu medium kolizje występują często, a im więcej urządzeń zostanie dodanych, tym sytuacja staje się gorsza. Hub w praktyce odtwarza problem wspólnej magistrali w topologii gwiazdy.

Huby wymuszają działanie w trybie half-duplex, co oznacza, że urządzenie może w danej chwili wysyłać albo odbierać dane, ale nie wykonywać obu tych czynności jednocześnie. Aby radzić sobie z kolizjami, urządzenia korzystały z mechanizmu CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): najpierw nasłuchują, wysyłają dane, jeśli kanał jest wolny, a gdy dojdzie do kolizji, odczekują losowy czas i ponawiają próbę. Mechanizm ten działa, ale powoduje marnowanie czasu i przepustowości, szczególnie gdy ruch w obciążonym hubie się zwiększa.

W hubie wszystkie urządzenia współdzielą całkowitą przepustowość. Jeśli hub ma przepustowość 100 Mb/s, a aktywnie korzysta z niego dziesięć urządzeń, w praktyce dzielą między siebie te 100 Mb/s. Switch natomiast zapewnia każdemu portowi własną pełną przepustowość. To ograniczenie współdzielonego kanału sprawiało, że huby działały wolno pod obciążeniem, i było głównym powodem, dla którego nie mogły sprostać rosnącym wymaganiom sieci.

Huby mają również problem z bezpieczeństwem. Ponieważ każda ramka trafia do każdego portu, dowolne urządzenie podłączone do huba może przechwycić cały ruch, po prostu go nasłuchując — jest to technika nazywana sniffingiem. Dane wrażliwe są dostępne dla wszystkich podłączonych urządzeń. Switche zmniejszają to ryzyko, wysyłając ramki wyłącznie do docelowego portu, dzięki czemu przypadkowe podsłuchiwanie jest znacznie trudniejsze w typowej sieci przełączanej.

Różnica jest wyraźna:

• Hub — powtarza dane do wszystkich portów, jedna domena kolizji, współdzielona przepustowość, half-duplex, niskie bezpieczeństwo.
• Switch — przekazuje dane do właściwego portu, oddzielne domeny kolizji, pełna przepustowość na port, full-duplex, większe bezpieczeństwo.

Każda z tych zalet należy do switcha, dlatego huby zniknęły z rzeczywistych sieci.

Prawdziwe huby praktycznie wyginęły we współczesnych sieciach; całkowicie zastąpiły je niedrogie switche. Nadal można jednak usłyszeć słowo „hub” używane potocznie w odniesieniu do dowolnego centralnego urządzenia łączącego, a huby czasami pojawiają się w laboratoriach lub służą do celowego przechwytywania ruchu podczas analizy. Na potrzeby egzaminu należy traktować hub jako przestarzałą technologię, którą trzeba rozumieć z perspektywy historycznej i porównywać ze switchem.

Pomiędzy hubami a switchami pojawiły się mosty. Most łączy dwa segmenty sieci i, w przeciwieństwie do huba, odczytuje adresy MAC, aby zdecydować, czy ruch powinien przejść między segmentami, odfiltrowując ruch lokalny i nie przepuszczając go dalej. Most jest w zasadzie switchem z bardzo małą liczbą portów — switch bywa nazywany mostem wieloportowym. Mosty wprowadziły inteligentne przekazywanie danych z uwzględnieniem adresów, które switche później udoskonaliły.

Mimo że huby zniknęły, uczone za ich pomocą pojęcia nadal mają kluczowe znaczenie. Domeny kolizji, half-duplex, CSMA/CD i współdzielona przepustowość wywodzą się z epoki hubów, a egzamin sprawdza ich znajomość. Zrozumienie wad huba to najprostszy sposób, aby docenić rozwiązania wprowadzone przez switche — przygotuje także Państwa do kolejnych lekcji o przekazywaniu danych przez switche, tablicach MAC oraz domenach kolizji i domenach rozgłoszeniowych.

Sprawdź swoją wiedzę o hubach.

Dowiedziałeś się, że hub to wieloportowy repeater warstwy 1, który bez rozpoznawania celu wysyła każdą ramkę do wszystkich portów. Tworzy to jedną współdzieloną domenę kolizji, wymusza działanie w trybie half-duplex z użyciem CSMA/CD, dzieli przepustowość między wszystkie urządzenia i pozwala każdemu urządzeniu przechwytywać cały ruch. Te wady sprawiły, że huby stały się przestarzałe. Switche rozwiązały każdy z tych problemów, przekazując ramki wyłącznie do właściwego portu. Pojęcia związane z hubami nadal są ważne, ponieważ stanowią podstawę wiedzy o domenach kolizji i kolejnych omawianych zagadnieniach.