Хабы - что это? Устройство хабов

Многим интересен вопрос о том, что такое хабы и с чем их употребляют. Сейчас разберемся в этом вопросе. Под хабом в общем случае понимается узел какой-либо сети. Этот термин имеет различное значение в разных отраслях.

Использование хаба в различных отраслях

Например, в транспорте хабы – это узлы пересадки или перегрузки, узловые аэропорты. В энергетической отрасли это некий специальный центр, в котором один маршрут делится на несколько. На внедорожниках этим словом называется муфта свободного хода, устанавливаемая на передний мост. В различных интернет-сетях также используют хабы. Что это такое в сети "Фидонет"? Здесь хаб – узел, который служит для передачи почты. В сети обмена файлами Direct Connect так называют сетевой сервер.

Но наиболее широко понятие используется в компьютерной технике и интернете. Конкретный комплект сетевой аппаратуры основывается на задачах, которые поставлены перед проектируемой сетью и затратами на внедрение конкретного решения. Важным элементом таких задач считается выбор устройств, среди которых главную роль играют роутеры, свитчи и хабы. Что это, мы и попробуем разобраться.

Хабы в компьютерных сетях

Технологии построения компьютерных сетей постоянно развиваются. Устройства, которые лежат их основе и применяются для организации связи между компьютерами, называются по-разному: хаб, свитч и роутер. Что это такое, мы и рассмотрим более подробно.

Каждое из перечисленных устройств исполняет свою роль в организации связи между компьютерами сети. Внешне они могут смотреться одинаково: коробочки из металла небольшого размера, имеющие ряд портов или соединителей, куда подключается Ethernet-кабель. Что касается таких понятий, как коммутатор, концентратор, хаб, маршрутизатор, то они нередко используются в качестве синонимов, однако это ошибка. Все это разные устройства.

Хаб

Одними из первых сетевых устройств являются хабы. Что это за приборы? Термин имеет английское происхождение. Слово hub означает центр деятельности. Хаб, или сетевой концентратор, предназначен для объединения компьютеров в простую одноранговую сеть. В устройстве предусмотрено некоторое число портов, к которым можно подключить все персональные компьютеры сети. Чаще всего для этой цели применяется витая пара, которая обжата специальным образом.

Принцип работы хаба

Рассмотрим принцип функционирования сетевого концентратора. В момент попытки доступа какого-либо из компьютеров сети, оборудованной хабом, к другому ПК, первым устройством посылается в адрес сетевого концентратора особый блок информации, называемый пакетом.

Попробуем разобраться на примере схемы с тремя компьютерами. Допустим, к устройству присоединяются компьютеры PC1, PC2 и PC3. Роль хаба заключается в размножении пакета данных от PC1 путем передачи его прочим устройствам, объединенным в локальную сеть, то есть PC2 и PC3. В момент поступления сигнала на компьютер PC3, для которого он и предназначался, последний пересылает ответный пакет хабу. Этот пакет сетевой концентратор снова шлет всем сетевым компьютерам до тех пор, пока ответ от PC3 не вернется к компьютеру-отправителю PC1.

Такова примерная схема интерфейса компьютеров, объединенных в локальную сеть, с хабом. Основной недостаток таких сетей – чересчур много пересылается информации. Сетевой концентратор непрерывно отправляет пакеты данных всем устройствам компьютерной сети, причем даже в том случае, если адресатом является один конкретный ПК. В то же время компьютеры получают блоки информации, которые зачастую абсолютно им не нужны. Технология на поверку выходит очень затратной. Вот почему сейчас сетевые концентраторы почти вышли из употребления. Взамен были разработаны более интеллектуальные приборы – сетевые коммутаторы, которые в обиходе именуют свитчами.

Свитч

Термин "свитч" (switch) имеет английскую природу и означает переключатель, или сетевой коммутатор. Подобно хабу свитч требуется для соединения компьютеров в одной локальной сети. Схема соединения его с компьютерами не отличается от схемы с сетевым концентратором. Просто вместо хаба ПК подключаются к свитчу.

Будучи внешне очень похожим на сетевой концентратор, свитч имеет принципиальные отличия от него, заключающиеся в методе, которым информация передается между компьютерами локальной сети.

После получения пакета информации от компьютера, сетевой коммутатор, в отличие от концентратора, не пересылает его всем ПК, участвующим в сети, а организует направление пакета по адресу именно того компьютера, для которого предназначена посылка. К примеру, когда PK1 направляет пакет информации компьютеру PK3, свитч организует передачу именно ему, минуя PK2. Ответный пакет от PK3 сетевой коммутатор тоже возвращает только отправителю пакета информации - PK1.

Свитч обладает способностью запоминания адресов всех компьютеров, которые подключены к его портам, и благодаря этому может работать регулировщиком, передавая информацию лишь на ПК адресата и игнорируя другие.

В основу работы сетевого коммутатора легла таблица специальных MAC-адресов сетевого оборудования пользователей во внешней и внутренней сети. В результате пакет информации, попадающий на каждый из портов, проходит сравнение с таблицей маршрутизации и пересылается на адрес порта, где расположена соответствующая аппаратура.

Роутер

Название "роутер" породило английское router. Это маршрутизатор, способный организовать передачу информации между двумя или более разными локальными сетями. Кроме того, в маршрутизаторе предусмотрены порты, которые требуются, чтобы подключить к нему некоторые другие устройства с помощью кабеля.

Принцип работы маршрутизатора

Подобно сетевому коммутатору, сохраняющему таблицу зарегистрированных MAC-адресов, маршрутизатор в качестве таблицы маршрутизации хранит таблицу IP-адресов. Главная задача роутера состоит в хранении этих данных и контроле за тем, чтобы прочие роутеры знали о переменах в конфигурации сети. Решается она путем применения протоколов маршрутизации для координации с прочими роутерами. При поступлении пакетов в маршрутизатор последний использует разные протоколы и критерии для определения наилучшего пути пересылки пакета информации адресату.

Роутер можно запрограммировать на включение многоуровневых правил, которые определяются содержанием пакетов информации, что поступают на него. Маршрутизатор программируется так, чтобы активировать систему защиты сетевого оборудования, транслировать сетевые NAT-адреса и представлять собой сетевые сервисы DHCP.

Имея интеллектуальную начинку, маршрутизаторы входят в число самых сложных сетевых устройств. Дополнительно к возможности перенаправлять трафик информационного пакета роутеры можно применять для того, чтобы производить контроль трафика в сети. Помимо этого, они обладают способностью реагировать на изменения в сети, в динамическом режиме обнаруживая их, производить ее защиту с фильтрацией пакетов, вычисляя пакеты для блокировки или пропуска.

USB-хаб

Кроме сетевых концентраторов сети Ethernet, термин "хаб" используется применительно к технологиям USB. Разработки нового оборудования предъявляют повышенные требования к уровню развития пользовательских интерфейсов компьютерной техники. Очень много разнообразных компьютерных периферийных устройств, подключаемых при посредстве соединения USB, нуждается в специальном приспособлении, дающем возможность подключать несколько устройств одновременно через USB. Оно называется USB-хабом. Каков принцип его работы?

USB-хаб (USB-концентратор) является устройством небольшого размера, имеющим несколько портов. Подключают его через гнездо компьютера. Он позволяет подсоединить к одному USB-порту ПК несколько устройств USB.

Устройство USB-хаба

Конструкция и устройство хабов не отличаются большой сложностью. Они призваны коммутировать сигналы и выдавать питающее напряжение. Кроме того, они контролируют статус периферии, подключенной к ним, ставя хост в известность об изменениях.

В состав хаба входят два модуля - контроллер и повторитель. Повторитель – это управляемый ключ, который соединяет входной и выходной порты. Он имеет возможность производить сброс и приостанавливать передачу сигнала. В контроллер включаются регистры, позволяющие взаимодействовать с хостом. Управляются регистры посредством особых команд, позволяющих производить настройку концентратора, контролировать состояние и менять параметры нисходящих портов. Есть возможность использовать хаб подряда, когда устройства включаются последовательно.

Виды USB-концентраторов

Один из таких видов - внутренняя карта на системной шине. Она служит для того, чтобы подключать USB-устройства к материнской плате. Делается это с помощью карты USB PCI, устанавливаемой на свободное место шины PCI, находящейся прямо на материнской плате. Этот вид USB-хаба лучше всего использовать тем, кто знаком с устройством компьютера. Тем, кто не имеет опыта, лучше остановиться на другом виде.

Другой вид — это внешний USB-хаб без питания. Такое устройство является простым и относительно недорогим. Эта разновидность USB-хаба соединяется с USB-портом вашего компьютера. Такой прибор отлично подходит для владельцев ноутбуков. Для пользователей домашних компьютеров также возможно использование такого USB-хаба, однако при этом нужно принимать во внимание, что ряд подключаемых к компьютеру устройств требует питания, подаваемого через USB-порт. Данный вид концентраторов не способен запитать сразу несколько подобных устройств. В этой ситуации лучше всего задействовать питаемые хабы. Что это за приборы и чем они отличаются от устройств без питания?

У питаемого USB-концентратора принцип работы точно такой же, как и у хаба без питания. Отличие заключается в том, что он может включаться в розетку. Это позволяет обеспечивать полноценное питание всех устройств, которые подключаются через ЮСБ. Самые большие хабы USB - семипортовые.

Еще один вид такого устройства - компьютерная плата USB. Данное устройство подойдет для пользователей ноутбуков. Оно подсоединяется к особому USB-порту, находящемуся на корпусе ноутбука и дает возможность использовать два порта вместо одного.