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 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 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 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 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?
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.
Сетевой концентратор или хаб представляет собой сетевое устройство, необходимое для объединения узлов локальной сети в единый сегмент сети. Узлы подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна . Термин концентратор применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.
В настоящее время хабы почти не выпускаются - им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в
отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы иногда называют «интеллектуальными концентраторами».
Принцип работы хаба
Концентратор работает по нехитрому принципу – перенаправляет полученные пакеты во все остальные порты. В процессе могут возникать коллизии – когда по двум и более портам приходят пакеты в одно и то же время. Еще одна проблема – безопасность – все пакеты доходят до всех компьютеров сети и при желании злоумышленник может собрать частную информацию, пароли от соцсетей. Еще один недостаток хабов – копирование пакетов повышает нагрузку на сеть, причём весьма существенно – по сути весь трафик сегмента сети достаётся каждому из компьютеров и загружает каждый миллиметр провода.
Типичный концентратор
В отличие от хаба, более “умный” свитч запоминает MAC-адреса компьютеров в специальной таблице и пересылает пакеты только в тот порт, который соответствует адресу получателя. Кроме того, пакеты буферизуются, что исключает коллизии. За счёт этого посылки данных идут только по нужным портам – нет проблем с безопасностью и с чрезмерной нагрузкой не нуждающихся в соответствующих пакетах проводов и компьютеров.
Характеристики сетевых концентраторов
- Количество портов - разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 12, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16).
- Скорость передачи данных - измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10 и/или 100 Mбит/c. Скорость может переключаться как автоматически (на наименьшую из используемых), так и с помощью перемычек или переключателей.
- Наличие портов для подключения кабелей Ethernet других типов – коаксиальных или оптических.
На сегодняшний день хабы практически отсутствуют в продаже, а дешёвые свитчи, они же коммутаторы для домашнего пользования стоят совсем недорого.
Switching Hub , или просто Switch (коммутатор), - это более интеллектуальное по сравнению с концентратором устройство. Коммутаторы способны делить сети на сегменты и передавать пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. Достигается это созданием внутренней таблицы, связывающей порты с адресами подключенных к ним устройств. Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора. Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение, при этом задержка при передаче сигналов минимальна. Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета, т.е. для каждого пакета оно создается заново. Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат, остальные пользователи не получат этот пакет, и таким образом коммутаторы снижают количество коллизий в сети и обеспечивают средства безопасности, недоступные для концентраторов. Как было замечено ранее, данные передаются напрямую из порта в порт, однако, при передаче пакетов между портами, работающими на разных скоростях, коммутацию на лету использовать невозможно, поэтому при организации виртуального соединения между портами с разной скоростью производится буферизация пакетов, что приводит к возрастанию задержки передачи пакетов до 30-40 микросекунд. К сожалению, типичные коммутаторы работают по алгоритму "устаревания адресов". Это означает, что если по истечении определенного промежутка времени не было обращений по какому либо адресу, этот адрес удаляется из адресной таблицы. При поступлении нового пакета в этот адрес будет невозможным установить прямое соединение, что вызовет такую же задержку в передаче данных, что и при соединении разноскоростных портов - 30-40 микросекунд. Такая проблема решена в сериях коммутаторов, поддерживающих технологию SNS, которая ранее называлась SFS. Одна из ее особенностей заключается в том, что коммутаторы, составляющие сеть, хранят таблицу адресов "вечно" и обмениваются этими таблицами друг с другом, а также могут выгружать их на специальный сервер. Это позволяет не только сократить время прохождения пакета по сети, но и решить ряд специфических проблем, особенно связанных с безопасностью. У многих коммутаторов имеется возможность организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети.
Если вы стали обладателем внедорожника, то хабы вам точно нужны. В дословном переводе на русский, хаб – это ступица, то есть центральная часть колеса с отверстием для насадки на ось. В наше время хабами для краткости называют муфты свободного хода, они же ступичные муфты с подключением колеса к полуоси. Любой почитатель бездорожья понимает, что при возвращении из грязи на гладкий асфальт его полноприводное авто так и остается полноприводным, хотя никакой надобности в полном приводе уже нет.
Счастливые обладатели отключаемого полного привода могут возмутиться. Однако им можно напомнить, что при отключенном полном приводе передний мост, редуктор, полуоси, карданный вал и шестерни в раздаточной коробке вращаются без надобности. Их вращают передние колеса, которые бегут по асфальту. А это ведет к потере скорости, износу деталей и повышенному расходу топлива. То есть, неудобно и не бесплатно.
Конструкция колесного хаба
Для чего нужны хабы? Для того, чтобы избежать износа деталей автомобиля и уменьшить расход топлива. Колёсные хабы отключают передние колеса автомобиля от трансмиссии и от приводов переднего моста. Логично предположить, что отключение ступицы от полуоси при езде по ровной дороге должно быть как-то технически реализовано на множестве поколений автомобилей. И это действительно так. До 1948 года эта операция производилась с помощью гаечного ключа.
После Второй Мировой одна американская фирма задалась целью вернуть к активной гражданской жизни тысячи списанных из армии внедорожников. Для этого пригодилось изобретение небезызвестного Альберта Варна – муфта с механизмом обгонной фиксации, где эксцентрики обгона приводились в действие легким поворотом крышки муфты с помощью руки. Это и есть классический хаб. Недорогой и надежный механизм позволил тогда превратить устаревшую модель внедорожника в полезный рабочий автомобиль.
Виды хабов в автомобиле и их принцип работы
Все колесные хабы необходимо разделить по принципу их работы и рассмотреть, чем они отличаются. Хабы бывают: ручные , автоматические (электрические, гидравлические, вакуумные) и механические автоматические .
Рассмотрим, как работает хаб. Он состоит из ведущей шлицевой втулки, подвижной шлицевой втулки, корпуса муфты. Вал ШРУСа входит в ведущую шлицевую втулку. Если хаб отключён, то подвижная шлицевая втулка не входит в зацеп с ведущей шлицевой втулкой. Это дает возможность корпусу муфты свободно вращаться вокруг ведущей шлицевой втулки. То есть привод отключён. Если мы поворачиваем ручку хаба и проводим включение муфты, то подвижная шлицевая втулка перемещается и соединяет корпус муфты с ведущей шлицевой втулкой. В результате таких действий создается возможность передавать крутящий момент колесу.
Ручной хаб – что это такое
Ручные муфты свободного хода имеют большую надежность. Их ресурс сопоставим с ресурсом самой трансмиссии. К тому же они полностью исключают возможность самопроизвольного отключения. Ручными хабами оперирует водитель. Для этого ему необходимо переключить флажки на хабе в положение полного привода или заднего привода. Единственным их недостатком является необходимость покидать машину для их включения или выключения. Все последующие усовершенствования направлены на преодоление именно этого неудобства и по существу являются попытками превратить ручной хаб в автоматический.
Принцип работы автоматического хаба вполне понятен: контролировать подключение колеса к полуоси из кабины при помощи какого-либо привода. Поэтому были изобретены электрический, гидравлический и вакуумный приводы для управления хабами. Автоматические хабы включаются и выключаются сами в тот момент, когда водитель включает передний мост в салоне либо кнопкой (в современных автомобилях), либо рычагом (в классических автомобилях).
Для включения такого автоматического хаба необходимо привести в действие полный привод автомобиля и тронуться с места. Для отключения – отключить передний привод и немного проехать в обратную сторону. Все очень просто и удобно, и не нужно вылезать на улицу, для того чтобы переключить, возможно, грязные переключатели. Вот только автоматы, в силу своего сложного устройства, гораздо менее надежны, чем ручные хабы. И это понятно. Большое распространение получили пневматические автоматические хабы
. Тонким местом этого хаба является трущаяся пара полуось-сальник. При износе полуоси и сальника это соединение перестает быть герметичным, и возникает ситуация, когда хаб не включается.
Механический автоматический хаб – что это такое
Отдельно стоит рассмотреть, как работают механические автоматические хабы. Включаются они тоже автоматически, но без вмешательства внешнего привода, а под воздействием законов классической механики. Они начинают действовать, когда на полуось подается момент вращения. Эти устройства очень сложны конструктивно, хотя довольно надежны в японском и бразильском исполнении.
Наиболее успешные подобные системы установлены на автомобилях марки Nissan . Недостатком таких муфт является необходимость при выключении полного привода проехать несколько метров в направлении, противоположном предыдущему, чтобы колесо и полуось расцепились. Однако изнашиваются и такие механизмы. Классический автоматический хаб включается в режим зацепления во время движения автомобиля. В трансмиссии есть небольшой люфт. В момент, когда этот люфт выбирается, по трансмиссии происходит удар, и это влияет на надежность самого хаба.
Что же касается восстановления работоспособности автоматических хабов на внедорожниках, то по цене эта процедура равна установке нового ручного хаба. Для всех автомобилей, на которые завод-производитель ставит хабы автоматические, третьими производителями производятся хабы ручные. Поэтому на СТО вам предложат взамен поломанных автоматических хабов поставить надежные ручные.
Как правильно выбрать хаб (Hub) для своего авто
Как же подобрать нужный хаб? Устанавливаются хабы на автомобили с подключаемым полным приводом различных марок. Выбор водителей должен опираться на условия эксплуатации автомобиля. Если основное движение будет проходить по бездорожью, тогда стоит отдать предпочтение ручным хабам. Если в основном вы ездите по городу, то подойдут автоматические. Установить хаб самостоятельно на свой внедорожник по силам любому, если действовать по порядку:
1. Запарковав автомобиль и надежно зафиксировав его, демонтируем установленные на нем хабы. Для этого необходимо открутить шесть болтов, которыми крепится хаб, либо снять его по частям.
Обратите внимание! В некоторых автомобилях установлено стопорное кольцо на полуоси, которое может помешать снять хаб. Тогда его надо демонтировать.
2. У нового хаба отворачиваем два винта, на которые он собран, и разбираем его на две половины;
3.
Надеваем прокладку и основание хаба на ступицу. Возвращаем стопорное кольцо на исходное место.
4.
Фиксируем болтами эту часть хаба на ступице и устанавливаем управляющую часть на корпус хаба.
На практике включать и выключать хабы необходимо не так часто, как кажется. Их необходимо включать, когда мы собираемся съехать с асфальта на бездорожье, и выключать, как только выехали на асфальт.
Таким образом, простое и надежное устройство под названием ручной колесный хаб позволит колесу вашего внедорожника свободно вращаться на ступичном подшипнике, не нагружая собой ни полуось, ни редуктор, ни дифференциал, тем самым существенно добавляя машине динамики при экономии топлива.
Внимание! Использовать густые смазки в конструкции хаба нельзя вообще. Используйте для смазки трущихся частей жидкое моторное масло.
Плюсы и минусы использования колесных муфт
Рассмотрим плюсы использования хабов:
Увеличивается ресурс деталей автомобиля, отключаемых хабами;
Улучшается разгон и накат автомобиля;
Экономится топливо до 1 литра на 100 км.
Рассмотрим минусы данной процедуры:
Невозможность в нужный момент подключить автомобиль к полному приводу при съезде с асфальтного покрытия на грунтовое, при заезде на высокий бордюр, при чередовании трассы (сухой асфальт – снеговой замет).
Взвесив все за и против, вы самостоятельно должны решить, нужны вам хабы, или нет.
USB-хаб (или USB-концентратор) представляет собой устройство, с помощью которого можно расширить порт USB на несколько доступных портов подключения к хост-системе. USB-хаб позволяет расширить возможности одновременного использования различных технологий при недостатке USB-портов. Появляется возможность подключения максимального числа необходимых устройств, таких как компьютерная мышь, сканер, клавиатура, модем, внешний ЖД, кулеры, лампы и т.д.
USB-хаб может быть встроенный или внешний, что обуславливает характер использования концентратора. Большинство USB-хабов встроенные и являются частью системного устройства, с помощью которого осуществляется подключение любого USB-устройства к карте USB PCI (материнской плате). В этом случае USB-хаб устанавливается в слот PCI непосредственно на материнской плате.
Встроенный USB-хаб используют в ноутбуках, что дает возможность дополнительных USB-подключений. Это может быть встроенная компьютерная карта, являющаяся альтернативой USB-хаба, или внешний USB-концентратор. Если USB-порт ноутбука расположен в труднодоступной части системного блока, то USB-хаб используется с удлинителем.
Внешний USB-хаб может быть непитаемым (представляет собой обычный разветвитель) и питаемым (оснащен блоком питания от электросети, и способен выдерживать мощность тока до 500мА). Последний является более практичным, поскольку большинство устройств, подсоединяемых к USB-портам требуют электропитания, а питаемый хаб позволяет перераспределить напряжение, что улучшает работу компьютеров.
Принцип работы USB-хаба достаточно прост. В зависимости от схемы распределения от центра обмена концентратор позволяет работать включенным в него механизмам, как по отдельности, так и согласованно, в зависимости от режима доступа. USB-хаб может расширять сеть до 127 портов.
Если принцип действия микросхемы хаба имеет физический макет «звезды», то все USB-подключения будут работать от центра автономно, не перемыкая друг друга. В случае же последовательного соединения от шины центров питание может перемыкаться. Существуют также концентраторы, разработанные по схеме «спрут» и «кальмар», что позволяет соединять различные USB-узлы, находящиеся близко друг от друга. Такие соединения, как правило, не имеют проблем блокировки друг друга.
Современные USB-хабы представлены множеством моделей: от классических функциональных концентраторов в виде коробочки до стильных и оригинальных дизайнерских гаджетов. Все они отличаются высокой скоростью передачи данных, а также имеют дополнительные функции, позволяющие усовершенствовать процесс передачи информации и работы самого устройства.
Это таймеры конца фрейма, контролеры портов, схема PLL, восстановитель синхронизации битов, механизм последовательного интерфейса, MMU и встроенная RAM, ведомый интерфейс I2C, индикатор GoodLink, SoftConnect, обнаружители перегрузки тока, преобразователи напряжения. Все это позволяет облегчить работу ПК-пользователя, а также обезопасить процесс обработки информации, ее передачи и сохранения.
