Hub

ממשק Hub (רכזת) הוא התקן בסיסי ברשתות מחשבים, שמחבר מספר מחשבים והתקנים אחרים לקטע רשת יחיד. הוא פועל בשכבה הפיזית (שכבה 1) של מודל ה-OSI. תפקידו העיקרי הוא לקבל חבילות נתונים (או מסגרות) מפורט אחד ולשדר אותן לכל הפורטים המחוברים האחרים. מנגנון ה"שידור והעברה" הפשוט הזה הוא המאפיין המגדיר של רכזת.

איך רכזת פועלת

הפעולה של רכזת היא די פשוטה. כאשר מכשיר המחובר לרכזת שולח נתונים, הרכזת מקבלת את האות החשמלי המייצג את הנתונים בפורט שלה. במקום לנתב את הנתונים בצורה חכמה ליעד ספציפי, הרכזת חוזרת או משדרת את האות הזה לכל פורט אחר ברכזת, בלי קשר אם מכשיר היעד נמצא בפורט הזה או לא. כל המכשירים המחוברים מקבלים את הנתונים המשודרים, אבל רק הנמען המיועד מקבל ומעבד אותם, בעוד שהאחרים פשוט זורקים אותם.

שיטת השידור הזו יוצרת תחום התנגשות יחיד. תחום התנגשות הוא קטע רשת שבו חבילות נתונים יכולות "להתנגש" זו בזו. התנגשות מתרחשת כאשר שני מכשירים או יותר מנסים לשלוח נתונים בו זמנית באותו קטע רשת. כאשר מתרחשת התנגשות, הנתונים נפגעים וצריך לשלוח אותם מחדש, מה שמאט משמעותית את ביצועי הרשת. מכיוון שרכזת משדרת הכל, כל מכשיר שמנסה לשדר נתונים באותו זמן כמו מכשיר אחר יגרום להתנגשות.

כדי לנהל את ההתנגשויות הללו, רשתות המשתמשות ברכזות משתמשות בדרך כלל בפרוטוקול שנקרא CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). הפרוטוקול פועל כך:

1. חישת נושא: לפני שליחת נתונים, מכשיר "מקשיב" לרשת כדי לבדוק אם היא בשימוש כרגע.
2. גישה מרובה: מספר מכשירים יכולים לגשת לקטע הרשת, אך רק אחד יכול לשדר בכל פעם.
3. זיהוי התנגשות: אם מכשיר מזהה התנגשות בזמן השידור, הוא מפסיק מיד את השידור.
4. אות שיבוש: המכשיר שולח "אות שיבוש" לכל שאר המכשירים כדי להודיע להם על ההתנגשות.
5. השהייה אקראית: לאחר התנגשות, כל המכשירים המעורבים ממתינים זמן אקראי (תקופת "השהייה") לפני שהם מנסים לשדר מחדש את הנתונים. ההשהייה האקראית הזו עוזרת למנוע את אותה התנגשות מלקרות שוב.

   

סוגי רכזות

רכזות מסווגות בדרך כלל לשלושה סוגים עיקריים, בהתבסס על מקור הכוח והפונקציונליות שלהן:

• רכזת פסיבית (Passive Hub): זהו הסוג הפשוט ביותר של רכזת. היא פועלת כמחבר, מקבלת אות מפורט אחד ומשדרת אותו לכל האחרים ללא כל חידוש אות. רכזת פסיבית אינה דורשת מקור כוח ומתפקדת רק כנקודת חיבור פיזית. מכיוון שהיא אינה מגבירה או מנקה את האות, אורך הכבל המרבי מוגבל, מכיוון שעוצמת האות יכולה לרדת עם המרחק.
• רכזת פעילה (Active Hub): רכזת פעילה מורכבת יותר ודורשת אספקת כוח חיצונית. היא לא רק מחברת התקנים אלא גם מחדשת ומגבירה את אות הנתונים לפני שהיא משדרת אותו לכל הפורטים. חידוש האות הזה עוזר להתגבר על מגבלות המרחק של רכזות פסיביות, ומאפשר קטע רשת כולל ארוך יותר. במובן זה, רכזת פעילה פועלת כמחזר אותות (Repeater) בנוסף להיותה נקודת חיבור מרכזית.
• רכזת חכמה (Intelligent Hub): רכזת חכמה היא גרסה מתקדמת יותר של רכזת פעילה. היא מציעה תכונות נוספות לניהול רשת, כגון ניטור תעבורת רשת, זיהוי שגיאות, ואפילו יכולות מיתוג בסיסיות. רכזות אלו יכולות לספק רמה של ניהול רשת שאינה אפשרית עם רכזות פסיביות או פעילות, למרות שהן עדיין התקן עם רוחב פס משותף. הן משמשות לעתים קרובות בסביבות רשת גדולות ומורכבות יותר שבהן ניטור הוא בראש סדר העדיפויות, אך מתג (Switch) מלא אינו נחוץ.

יתרונות של רכזת

למרות שהן מיושנות היום במידה רבה, לרכזות היו כמה יתרונות, במיוחד בימי הרשתות המוקדמים:

• פשטות ועלות-תועלת: רכזות הן התקנים פשוטים להפליא עם לוגיקה פנימית מינימלית. פשטות זו הופכת אותן לזולות מאוד לייצור ולרכישה. עבור רשתות קטנות ופשוטות עם תעבורה נמוכה, רכזת הייתה פתרון חסכוני מאוד.
• קלות שימוש: רכזת היא התקן מסוג "חבר והפעל" (Plug-and-play). פשוט מחברים את כבלי הרשת, והמכשירים מחוברים. אין צורך בהגדרה או בהתקנה, מה שהופך את ההקמה של רשת קטנה לקלה עבור משתמשים שאינם טכניים.
• תאימות לאחור: רכזות עובדות כמעט עם כל סוגי התקני ה-Ethernet, מה שהופך אותן לכלי רשת תואם מאוד.

חסרונות של רכזת

החסרונות של רכזות, לעומת זאת, הם משמעותיים והם הסיבות העיקריות לכך שהן הוחלפו במתגים ובנתבים.

• שימוש לא יעיל ברוחב פס: זהו החיסרון המשמעותי ביותר. מכיוון שרכזת משדרת את כל הנתונים לכל המכשירים המחוברים, היא יוצרת רוחב פס משותף יחיד לכל הרשת. לדוגמה, אם רכזת היא התקן של 100 מגה-ביט לשנייה, 100 מגה-ביט לשנייה זה משותף לכל המשתמשים המחוברים. אם שני משתמשים משדרים נתונים, המהירות האפקטיבית של כל משתמש היא נמוכה משמעותית מ-100 מגה-ביט לשנייה. לעומת זאת, מתג מספק רוחב פס ייעודי לכל פורט.
• שיעור התנגשות גבוה ועומס ברשת: כפי שהוסבר קודם, רכזות פועלות בתחום התנגשות יחיד. ככל שיותר מכשירים מחוברים לרכזת וככל שהם משדרים יותר, כך עולה הסבירות להתנגשויות נתונים. כל התנגשות דורשת שידור חוזר, מה שמוביל לעומס עצום ברשת ולביצועים ירודים, במיוחד ברשתות עמוסות.
• סיכוני אבטחה: מכיוון שרכזת משדרת את כל התעבורה, כל מכשיר ברשת יכול "לראות" את הנתונים שנשלחים. זוהי פגיעות אבטחה משמעותית. משתמש זדוני יכול להשתמש בכלי לניטור חבילות כדי ללכוד ולנתח את כל תעבורת הרשת, כולל מידע רגיש כמו סיסמאות או נתונים אישיים. מתגים, לעומת זאת, מונעים זאת על ידי הפניית נתונים רק לנמען המיועד.
• חוסר אינטליגנציה: לרכזות אין "אינטליגנציה" לנתח את חבילות הנתונים ולקבוע את יעדם. הן פשוט חוזרות על הכל. חוסר האינטליגנציה הזה הופך אותן לבלתי מתאימות ליישומים מודרניים עתירי נתונים. הן אינן יכולות לנהל תעבורה, לתעדף סוגים מסוימים של נתונים (כמו קול או וידאו), או ליצור קטעי רשת נפרדים.

רכזת מול מתג (Switch)

העלייה של מתג רשת הפכה את הרכזת למיושנת כמעט לחלוטין. הבנת ההבדלים העיקריים בין רכזת למתג חיונית כדי להבין מדוע.

לסיכום, בעוד שרכזת הייתה רכיב בסיסי ברשתות Ethernet מוקדמות, המגבלות שלה במונחים של ביצועים, יעילות ואבטחה הובילו להחלפתה בהתקנים חכמים ומתוחכמים יותר כמו מתגי רשת ונתבים. היום, לא סביר שתמצאו רכזת בהתקנת רשת חדשה, אך הבנת פעולתה חיונית להבנת התפתחות טכנולוגיית הרשת.