教你認識網(wǎng)絡硬件－全面解讀集線器
2019-11-04 23:45:52
供稿：網(wǎng)友
假如我們經(jīng)常接觸網(wǎng)絡，對作為構建局域網(wǎng)的基礎設備集線器應該不會生疏,但是對于集線器背后各方面的知識，我們又知道多少呢？
一、集線器的定義
集線器（HUB）屬于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的基礎設備，它和雙絞線等傳輸介質(zhì)一樣，是一種不需任何軟件支持或只需很少治理軟件治理的硬件設備。它被廣泛應用到各種場合。集線器工作在局域網(wǎng)(LAN)環(huán)境，像網(wǎng)卡一樣，應用于OSI參考模型第一層，因此又被稱為物理層設備。集線器內(nèi)部采用了電器互聯(lián)，當維護LAN的環(huán)境是邏輯總線或環(huán)型結(jié)構時，完全可以用集線器建立一個物理上的星型或樹型網(wǎng)絡結(jié)構。在這方面，集線器所起的作用相當于多端口的中繼器。其實，集線器實際上就是中繼器的一種，其區(qū)別僅在于集線器能夠提供更多的端口服務，所以集線器又叫多口中繼器。
普通集線器外部板面結(jié)構非常簡單。比如D--Link最簡單的10BASE~T EthernetHub集線器是個長方體，背面有交流電源插座和開關、一個AUI接口和一個BNC接口，正面的大部分位置分布有一行17個RJ--45接口。在正面的右邊還有與每個RJ--45接口對應的LED接口指示燈和LED狀態(tài)指示燈。高檔集線器從外表上看，與現(xiàn)代路由器或交換式路由器沒有多大區(qū)別。尤其是現(xiàn)代雙速自適應以太網(wǎng)集線器，由于普遍內(nèi)置有可以實現(xiàn)內(nèi)部10Mb／s和100Mb／s網(wǎng)段間相互通信的交換模塊，使得這類集線器完全可以在以該集線器為節(jié)點的網(wǎng)段中，實現(xiàn)各節(jié)點之間的通信交換，有時大家也將此類交換式集線器簡單地稱之為交換機，這些都使得初次使用集線器的用戶很難正確地辨別它們。但根據(jù)背板接口類型來判別集線器，是一種比較簡單的方法。
二、 集線器的工作特點
依據(jù)IEEE 802．3協(xié)議，集線器功能是隨機選出某一端口的設備，并讓它獨占全部帶寬，與集線器的上聯(lián)設備(交換機、路由器或服務器等)進行通信。由此可以看出，集線器在工作時具有以下兩個特點。
首先是Hub只是一個多端口的信號放大設備，工作中當一個端口接收到數(shù)據(jù)信號時，由于信號在從源端口到Hub的傳輸過程中已有了衰減，所以Hub便將該信號進行整形放大，使被衰減的信號再生(恢復)到發(fā)送時的狀態(tài)，緊接著轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有處于工作狀態(tài)的端口上。從Hub的工作方式可以看出，它在網(wǎng)絡中只起到信號放大和重發(fā)作用，其目的是擴大網(wǎng)絡的傳輸范圍，而不具備信號的定向傳送能力，是—個標準的共享式設備。因此有人稱集線器為“傻Hub”或“啞Hub”。
其次是Hub只與它的上聯(lián)設備(如上層Hub、交換機或服務器)進行通信，同層的各端口之間不會直接進行通信，而是通過上聯(lián)設備再將信息廣播到所有端口上。由此可見，即使是在同一Hub的不同兩個端口之間進行通信，都必須要經(jīng)過兩步操作：第一步是將信息上傳到上聯(lián)設備；第二步是上聯(lián)設備再將該信息廣播到所有端口上。
不過，隨著技術的發(fā)展和需求的變化，目前的許多Hub在功能上進行了拓寬，不再受這種工作機制的影響。由Hub組成的網(wǎng)絡是共享式網(wǎng)絡，同時Hub也只能夠在半雙工下工作。
Hub主要用于共享網(wǎng)絡的組建，是解決從服務器直接到桌面最經(jīng)濟的方案。在交換式網(wǎng)絡中，Hub直接與交換機相連，將交換機端口的數(shù)據(jù)送到桌面。使用Hub組網(wǎng)靈活，它處于網(wǎng)絡的一個星型結(jié)點，對結(jié)點相連的工作站進行集中治理，不讓出問題的工作站影響整個網(wǎng)絡的正常運行，并且用戶的加入和退出也很自由。
三、集線器分類
集線器有很多種類型。
1．按結(jié)構和功能分類
按結(jié)構和功能分類，集線器可分為未治理的集線器、堆疊式集線器和底盤集線器三類。
(1)未治理的集線器
最簡單的集線器通過以太網(wǎng)總線提供中心網(wǎng)絡連接，以星形的形式連接起來。這稱之為未治理的集線器，只用于很小型的至多12個節(jié)點的網(wǎng)絡中(在少數(shù)情況下，可以更多一些)。未治理的集線器沒有治理軟件或協(xié)議來提供網(wǎng)絡治理功能，這種集線器可以是無源的，也可以是有源的，有源集線器使用得更多。
(2)堆疊式集線器
堆疊式集線器是稍微復雜一些的集線器。堆疊式集線器最顯著的特征是8個轉(zhuǎn)發(fā)器可以直接彼此相連。這樣只需簡單地添加集線器并將其連接到已經(jīng)安裝的集線器上就可以擴展網(wǎng)絡，這種方法不僅成本低，而且簡單易行。
(3)底盤集線器
底盤集線器是一種模塊化的設備，在其底板電路板上可以插入多種類型的模塊。有些集線器帶有冗余的底板和電源。同時，有些模塊答應用戶不必關閉整個集線器便可替換那些失效的模塊。集線器的底板給插入模塊預備了多條總線，這些插入模塊可以適應不同的段，如以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、光纖分布式數(shù)據(jù)接口(Fiber Distributed Data Interface，F(xiàn)DDl)和異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)中。有些集線器還包含有網(wǎng)橋、路由器或交換模塊。有源的底盤集線器還可能會有重定時的模塊，用來與放大的數(shù)據(jù)信號關聯(lián)。
2．按局域網(wǎng)的類型分類
從局域網(wǎng)角度來區(qū)分，集線器可分為五種不同類型。
(1)單中繼網(wǎng)段集線器
最簡單的集線器，是一類用于最簡單的中繼式LAN網(wǎng)段的集線器，與堆疊式以太網(wǎng)集線器或令牌環(huán)網(wǎng)多站訪問部件(MAU)等類似。
(2)多網(wǎng)段集線器
從單中繼網(wǎng)段集線器直接派生而來，采用集線器背板，這種集線器帶有多個中繼網(wǎng)段。其主要優(yōu)點是可以將用戶分布于多個中繼網(wǎng)段上，以減少每個網(wǎng)段的信息流量負載，網(wǎng)段之間的信息流量一般要求獨立的網(wǎng)橋或路由器。
(3)端口交換式集線器
該集成器是在多網(wǎng)段集線器基礎上，將用戶端口和多個背板網(wǎng)段之間的連接過程自動化，并通過增加端口交換矩陣(PSM)來實現(xiàn)的集線器。PSM可提供一種自動工具，用于將任何外來用戶端口連接到集線器背板上的任何中繼網(wǎng)段上。端口交換式集線器的主要優(yōu)點是，可實現(xiàn)移動、增加和修改的自動化特點。
(4)網(wǎng)絡互聯(lián)集線器
端口交換式集線器注重端口交換，而網(wǎng)絡互聯(lián)集線器在背板的多個網(wǎng)段之間可提供一些類型的集成連接，該功能通過一臺綜合網(wǎng)橋、路由器或LAN交換機來完成。目前，這類集線器通常都采用機箱形式。 (5)交換式集線器
目前，集線器和交換機之間的界限已變得模糊。交換式集線器有一個核心交換式背板，采用一個純粹的交換系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的共享介質(zhì)中繼網(wǎng)段。此類產(chǎn)品已經(jīng)上市，并且混合的(中繼／交換)集線器很可能在以后幾年控制這一市場。應該指出，這類集線器和交換機之間的特性幾乎沒有區(qū)別。
四、 局域網(wǎng)集線器選擇
隨著技術的發(fā)展，在局域網(wǎng)尤其是—些大中型局域網(wǎng)中，集線器已逐漸退出應用，而被交換機代替。目前，集線器主要應用于一些中小型網(wǎng)絡或大中型網(wǎng)絡的邊緣部分。下面以中小型局域網(wǎng)的應用為特點，介紹其選擇方法。
1．以速度為標準
集線器速度的選擇，主要決定于以下3個因素。
(1)上聯(lián)設備帶寬
假如上聯(lián)設備答應跑100Mbit／s，自然可購買lOOMbit／s集線器；否則lOMbit／s集線器應是理想選擇，由于是對于網(wǎng)絡連接設備數(shù)較少，而且通信流量不是很大的網(wǎng)絡來說，lOMbit／s集線器就可以滿足應用需要。
(2)提供的連接端口數(shù)
由于連接在集線器上的所有站點均爭用同一個上行總線，所以連接的端口數(shù)目越多，就越輕易造成沖突。同時，發(fā)往集線器任一端口的數(shù)據(jù)將被發(fā)送至與集線器相連的所有端口上，端口數(shù)過多將降低設備有效利用率。依據(jù)實踐經(jīng)驗，一個lOMbit／s集線器所治理的計算機數(shù)不宜超過15個，lOOMbit／s的不宜超過25個。假如超過，應使用交換機來代替集線器。
(3)應用需求
傳輸?shù)膬?nèi)容不涉及語音、圖像，傳輸量相對較小時，選擇10Mbit／s即可。假如傳輸量較大，且有可能涉及多媒體應用(注重集線器不適于用來傳輸時間敏感性信號，如語音信號)時， 應當選擇100Mbit／s或10／100Mbit／s自適應集線器。10／100Mbit／s自適應集線器的價格一般要比100Mbit／s的高。
2．以能否滿足拓展為標準
當一個集線器提供的端口不夠時，一般有以下兩種拓展用戶數(shù)目的方法。
(1)堆疊
堆疊是解決單個集線器端口不足時的一種方法，但是因為堆疊在一起的多個集線器還是工作在同一個環(huán)境下，所以堆疊的層數(shù)也不能太多。然而，市面上許多集線器以其堆疊層數(shù)比其他品牌的多而作為賣點，假如碰到這種情況，要區(qū)別對待：一方面可堆疊層數(shù)越多，一般說明集線器的穩(wěn)定性越高；另一方面可堆疊層數(shù)越多，每個用戶實際可享有的帶寬則越小。
(2)級連
級連是在網(wǎng)絡中增加用戶數(shù)的另一種方法，但是此項功能的使用—般是有條件的，即Hub必須提供可級連的端口，此端口上常標為“Uplink”或“MDI”的字樣，用此端口與其他的Hub進行級連。假如沒有提供專門的端口而必須要進行級連時，連接兩個集線器的雙絞線在制作時必須要進行錯線。
3．以是否提供網(wǎng)管功能為標準
早期的Hub屬于一種低端的產(chǎn)品，且不可治理。近年來，隨著技術的發(fā)展，部分集線器在技術上引進了交換機的功能，可通過增加網(wǎng)管模塊實現(xiàn)對集線器的簡單治理(SNMP)，以方便使用。但需要指出的是，盡管同是對SNMP提供支持，不同廠商的模塊是不能混用的，同時同一廠商的不同產(chǎn)品的模塊也不同。目前提供SNMP功能的Hub其售價較高，如D-Link公司的DEl824非智能型24口10Base-T的售價比加裝網(wǎng)管模塊后的DEl8241要便宜1000元左右。
4．以外形尺寸為參考
假如網(wǎng)絡系統(tǒng)比較簡單，沒有樓宇之間的綜合布線，而且網(wǎng)絡內(nèi)的用戶比較少，如一個家庭、一個或幾個相鄰的辦公室，則沒有必要
