Почему концентраторы остались в прошлом

Чтобы соединить несколько устройств в LAN (Local Area Network), необходимо центральное устройство, которое объединит их. Раньше таким устройством был концентратор. Сегодня это коммутатор. Понимание того, почему концентраторы были заменены, показывает, как на самом деле работают локальные сети и почему коммутаторы намного эффективнее. В этом уроке рассматривается простой концентратор и проблемы, из-за которых он устарел.

Концентратор — это простое устройство с несколькими портами, соединяющее устройства по схеме звезды. Но концентратор не является интеллектуальным устройством: когда кадр (единица данных в LAN) поступает на один порт, концентратор просто повторяет его на всех остальных портах. Он не анализирует адреса и не решает, куда должны направляться данные. Каждое подключённое устройство получает каждую передачу, независимо от того, является ли оно адресатом.

Концентратор работает на физическом уровне (уровне 1 модели OSI). Он лишь повторяет и усиливает электрические сигналы; он не распознаёт MAC-адреса и не воспринимает кадры как осмысленные данные. Поэтому концентратор иногда называют многопортовым повторителем. Поскольку он не обладает информацией о пунктах назначения, он не может принимать решения о пересылке так, как это делает коммутатор.

Поскольку концентратор повторяет всё для всех, все подключённые устройства используют один домен коллизий — область, в которой две передачи могут столкнуться, если устройства отправляют данные одновременно. Когда все используют одну среду, коллизии происходят часто, и с добавлением новых устройств ситуация ухудшается. По сути, концентратор воссоздаёт проблему общей шины в топологии звезды.

Концентраторы принудительно используют режим полудуплекса: устройство может отправлять или получать данные, но не делать это одновременно. Для обработки коллизий устройства использовали CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий): сначала прослушать канал, отправить данные, если канал свободен, а при коллизии подождать случайный промежуток времени и повторить попытку. Это работает, но расходует время и пропускную способность, особенно когда нагрузка на занятый концентратор растёт.

В концентраторе все устройства используют общую пропускную способность. Если пропускная способность концентратора составляет 100 Мбит/с, а десять устройств активно передают данные, фактически они делят эти 100 Мбит/с между собой. Коммутатор, напротив, предоставляет каждому порту собственную полную пропускную способность. Это ограничение общей линии делало концентраторы медленными при высокой нагрузке и стало одной из главных причин, по которым они не смогли справиться с ростом сетей.

У концентраторов есть и проблема с безопасностью. Поскольку каждый кадр отправляется на каждый порт, любое устройство, подключённое к концентратору, может перехватывать весь трафик, просто прослушивая его — эта техника называется анализом трафика. Конфиденциальные данные становятся доступны всем подключённым устройствам. Коммутаторы снижают этот риск, отправляя кадры только на предназначенный для них порт, поэтому в обычной сети на коммутаторах случайное подслушивание значительно сложнее.

Разница очевидна:

• Концентратор — повторяет данные на всех портах, один домен коллизий, общая пропускная способность, полудуплекс, низкая безопасность.
• Коммутатор — пересылает данные на нужный порт, отдельные домены коллизий, полная пропускная способность каждого порта, полный дуплекс, более высокая безопасность.

Все преимущества на стороне коммутатора, поэтому концентраторы исчезли из реальных сетей.

Настоящие концентраторы практически исчезли из современных сетей: недорогие коммутаторы полностью их заменили. Иногда слово «концентратор» используют в широком смысле для любого центрального устройства, соединяющего сеть, а иногда концентраторы встречаются в лабораториях или применяются для намеренного перехвата трафика во время анализа. На экзамене рассматривайте концентратор как устаревшую технологию, которую необходимо понимать с исторической точки зрения и сравнивать с коммутатором.

Промежуточным звеном между концентраторами и коммутаторами стали мосты. Мост соединяет два сетевых сегмента и, в отличие от концентратора, считывает MAC-адреса, чтобы решить, нужно ли передавать трафик между сегментами, не пропуская локальный трафик дальше. По сути, мост — это коммутатор с очень небольшим количеством портов; коммутатор иногда называют многопортовым мостом. Мосты ввели интеллектуальную пересылку с учётом адресов, которую коммутаторы впоследствии усовершенствовали.

Хотя концентраторы исчезли, изучаемые на их примере понятия остаются ключевыми. Домены коллизий, полудуплекс, CSMA/CD и общая пропускная способность появились в эпоху концентраторов, и на экзамене проверяется их знание. Понимание недостатков концентратора — самый наглядный способ оценить, какие проблемы устранили коммутаторы. Кроме того, это подготовит Вас к следующим урокам о пересылке данных коммутатором, таблицах MAC-адресов и различии между доменами коллизий и широковещательными доменами.

Проверьте, насколько хорошо Вы понимаете принцип работы концентраторов.

Вы узнали, что концентратор — это многопортовый повторитель уровня 1, который вслепую отправляет каждый кадр на все порты. В результате создаётся один общий домен коллизий, работа выполняется в режиме полудуплекса с использованием CSMA/CD, пропускная способность делится между всеми устройствами, а любое устройство может перехватывать весь трафик. Из-за этих недостатков концентраторы устарели. Коммутаторы устранили каждую из этих проблем, пересылая кадры только на нужный порт. Понятия, связанные с концентраторами, по-прежнему важны, поскольку лежат в основе доменов коллизий и следующих тем.