全面解讀集線器

?如果我們經(jīng)常接觸網(wǎng)絡(luò)，對作為構(gòu)建局域網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備集線器應(yīng)該不會陌生,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(chǔ)設(shè)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管理軟件管理的硬件設(shè)備。它被廣泛應(yīng)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(yīng)用于OSI參考模型第一層，因此又被稱為物理層設(shè)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(gòu)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(luò)結(jié)構(gòu)。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(wù)，所以集線器又叫多口中繼器。

　　 普通集線器外部板面結(jié)構(gòu)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(guān)、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(yīng)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(yīng)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(shè)備，并讓它獨占全部帶寬，與集線器的上聯(lián)設(shè)備(交換機、路由器或服務(wù)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(shè)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(fù))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(luò)中只起到信號放大和重發(fā)作用，其目的是擴大網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)備(如上層Hub、交換機或服務(wù)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(shè)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(shè)備；第二步是上聯(lián)設(shè)備再將該信息廣播到所有端口上。

　　 不過，隨著技術(shù)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(luò)是共享式網(wǎng)絡(luò)，同時Hub也只能夠在半雙工下工作。

　　 Hub主要用于共享網(wǎng)絡(luò)的組建，是解決從服務(wù)器直接到桌面最經(jīng)濟的方案。在交換式網(wǎng)絡(luò)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(luò)的一個星型結(jié)點，對結(jié)點相連的工作站進行集中管理，不讓出問題的工作站影響整個網(wǎng)絡(luò)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(gòu)和功能分類

　　按結(jié)構(gòu)和功能分類，集線器可分為未管理的集線器、堆疊式集線器和底盤集線器三類。

　　(1)未管理的集線器

　　最簡單的集線器通過以太網(wǎng)總線提供中央網(wǎng)絡(luò)連接，以星形的形式連接起來。這稱之為未管理的集線器，只用于很小型的至多12個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中(在少數(shù)情況下，可以更多一些)。未管理的集線器沒有管理軟件或協(xié)議來提供網(wǎng)絡(luò)管理功能，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(fù)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(luò)，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(shè)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，有些模塊允許用戶不必關(guān)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準備了多條總線，這些插入模塊可以適應(yīng)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(guān)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(chǔ)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(luò)互聯(lián)集線器

　　端口交換式集線器注重端口交換，而網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(shù)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(yīng)用，而被交換機代替。目前，集線器主要應(yīng)用于一些中小型網(wǎng)絡(luò)或大中型網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分。下面以中小型局域網(wǎng)的應(yīng)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(shè)備帶寬

　　如果上聯(lián)設(shè)備允許跑100Mbit／s，自然可購買lOOMbit／s集線器；否則lOMbit／s集線器應(yīng)是理想選擇，由于是對于網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備數(shù)較少，而且通信流量不是很大的網(wǎng)絡(luò)來說，lOMbit／s集線器就可以滿足應(yīng)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，就越容易造成沖突。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(shè)備有效利用率。依據(jù)實踐經(jīng)驗，一個lOMbit／s集線器所管理的計算機數(shù)不宜超過15個，lOOMbit／s的不宜超過25個。如果超過，應(yīng)使用交換機來代替集線器。

　　(3)應(yīng)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。如果傳輸量較大，且有可能涉及多媒體應(yīng)用(注意集線器不適于用來傳輸時間敏感性信號，如語音信號)時， 應(yīng)當選擇100Mbit／s或10／100Mbit／s自適應(yīng)集線器。10／100Mbit／s自適應(yīng)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，如果遇到這種情況，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(luò)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。如果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，且不可管理。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，部分集線器在技術(shù)上引進了交換機的功能，可通過增加網(wǎng)管模塊實現(xiàn)對集線器的簡單管理(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

　　如果網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)比較簡單，沒有樓宇之間的綜合布線，而且網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用戶比較少，如一個家庭、一個或幾個相鄰的辦公室，則沒有必要再考慮Hub的外形尺寸。但是有的時候情況并非如此，例如為了便于對多個Hub進行集中管理，在購買Hub之前已經(jīng)購置了機柜，這時在選購Hub時必須要考慮它的外形尺寸，否則Hub無法安裝在機架上?，F(xiàn)在市面上的機柜在設(shè)計時一般都遵循19英寸的工業(yè)規(guī)范，它可安裝大部分的5口、8口、16口和24口的Hub。不過，為了防止意外，在選購時一定注意它是否符合19英寸工作規(guī)范，以便在機柜中安全、集中地進行管理。

　　5．適當考慮品牌和價格

　　像網(wǎng)卡一樣，目前市面上的Hub基本由美國品牌和中國***品牌占據(jù)，近來大陸幾家公司也相繼推出了集線器產(chǎn)品。其中高檔Hub主要還是由美國品牌占領(lǐng)，如3COM、Intel、Bay等，它們在設(shè)計上比較獨特，一般幾個甚至是每個端口配置一個處理器，當然，價格也較高。我國***地區(qū)的D-Link和Accton占有了中低端Hub的主要份額，大陸的聯(lián)想、實達、TPLink等公司分別以雄厚的實力向市場上推出了自己的產(chǎn)品。這些中低檔產(chǎn)品均采用單處理器技術(shù)，其外圍電路的設(shè)計思想大同小異，實現(xiàn)這些思想的焊接工藝手段也基本相同，價格相差不多，大陸產(chǎn)品相對略便宜些，正日益占據(jù)更大的市場份額。近來，隨交換機產(chǎn)品價格的日益下降，集線器市場日益痿縮，不過，在特定的場合，集線器以其低延遲的特點可以用更低的投入帶來更高的效率。交換機不可能完全代替集線器。

　　五、集線器常見故障的分析處理
　　對于最普通最常用的星型拓撲結(jié)構(gòu)來說，集線器(HUB)是心臟部分，一旦它出 問題，整個網(wǎng)絡(luò)便無法工作，所以它的好壞對于整個網(wǎng)絡(luò)來說都是相當重要的。

　　集線器(HUB)或交換機(Switch)是局域網(wǎng)中用得最為普及的設(shè)備。一般情況下，它們?yōu)橛脩舨檎揖W(wǎng)絡(luò)故障提供方便，如通過觀察與HUB(或Switch)連接端口的指示燈是否發(fā)亮，可以判斷網(wǎng)絡(luò)連接是否正常。對于lO／lOOMb／s自適應(yīng)HUB(或Switch)而言，還可通過連接端口指示燈的不同顏色來判斷被連接的電腦是工作在10Mb／s狀態(tài)下，還是lOOMb／s狀態(tài)下。所以，在大多數(shù)應(yīng)用場合，HUB(或Switch)的使用是有利于網(wǎng)絡(luò)維護的。但是，因為HUB(或Switch)的使用不當或自身損壞，都將給網(wǎng)絡(luò)的連接帶來問題。

　　1．集線器在100Mb／s網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用故障

　　[故障現(xiàn)象]

　　將網(wǎng)絡(luò)從10Mb／s升級到100Mb／s后，網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。

　　[故障分析處理]

　　在局域網(wǎng)中，當網(wǎng)絡(luò)的連接范圍較大時，可通過HUB之間的級聯(lián)擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。在10Mb／s網(wǎng)絡(luò)中最多可級聯(lián)四級，使網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸距離達到600m。但當網(wǎng)絡(luò)從10Mb／s升級到100Mb／s或新建一個100Mb／s的局域網(wǎng)時，如果采用普通的方法對100MHUB進行連接將使局域網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。眾所周知，在100Mb／s網(wǎng)絡(luò)中只允許對兩個100Mb／s的HUB進行級聯(lián)，而且兩個10Mb／sHUB之間的連接距離不能大于5m，所以100Mb／s局域網(wǎng)在使用HUB時最大距離為205m。如果實際連接距離不符合以上要求，網(wǎng)絡(luò)將無法連接。這一點要引起足夠重視，否則在用戶規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時很容易造成嚴重的錯誤。

　　2。集線器在進行級聯(lián)時的應(yīng)用故障

　　[故障現(xiàn)象]

　　某單位自行組建一個局域網(wǎng)，使用了兩個16口(還帶一個級聯(lián)端口)的10M共享式集線器，所有電腦通過HUB與總機房的HUB相連。其中HUBA通過級聯(lián)端口連接到HUBB的第16個端口上，HUBB通過級連端口連接到總機房的HUB上，其他端口分別連接工作站。整個工作站使用靜態(tài)IP地址，其值分別為192．168．0．2、192．168．0．3……依次類推，192．168．0．1分配給NT服務(wù)器使用，每臺電腦(包括服務(wù)器)的子網(wǎng)掩碼全部為255．255．255．0。在正式連接服務(wù)器前每設(shè)置一臺工作站，都使用Ping命令進行測試，結(jié)果全部都連通，而且HUB A所連接的工作站全部也能用Ping命令與HUB B所連接的工作站相通。但是，當連入了服務(wù)器后，只有HUB B所連接的工作站能夠登錄服務(wù)器，而HUBA所連接的工作站卻無法登錄。

　　 [故障分析處理]

　　通過觀察電腦上網(wǎng)卡的指示燈，以及兩個HUB上各端口的指示燈，除發(fā)現(xiàn)HUBB的第16個端口與HUB A的級聯(lián)端口對應(yīng)的指示燈不亮外，所有網(wǎng)卡和其他端口的指示燈都均勻發(fā)亮，說明電腦與HUB之間的連接均正常，因此問題極有可能是出在HUBA的級聯(lián)端口與HUB B的第16個端口上。按照這種情況，開始懷疑在HUB A的級聯(lián)端口和HUB B的第16個端口中至少有一個端口是壞的。為了進一步確認其端口是壞的，可將兩個HUB的位置進行的調(diào)換，但結(jié)果依然如舊。接下來試著把連接HUB A級聯(lián)端口的雙絞線插在了HUB B的別處的一個普通端口上，結(jié)果問題解決了，網(wǎng)絡(luò)中所有的工作站都能與服務(wù)器連通，而且兩個HUB所連接的工作站都能相互得到響應(yīng)。 由此可以看出，有些HUB的級聯(lián)端口和與之緊靠的一個端口不是獨立的兩個端口，而應(yīng)屬于同一個端口(雖然存在兩個獨立的物理端口)。以前的許多HUB是使用了一個撥動開關(guān)在兩個端口之間進行級聯(lián)端口的選擇，而在隨后推出的產(chǎn)品中卻省了這個開關(guān)，但如果將其中一個端口作為級聯(lián)端口使用，另一個端口將無效。

　　3．HUB經(jīng)常燒壞

　　[故障現(xiàn)象]

　　一臺連接兩幢樓的HUB經(jīng)常燒壞，有時候一個月之中就要壞三四次。

　　[故障分析處理]

　　經(jīng)測試，其中A樓的電源系統(tǒng)已經(jīng)老化，零線絕對電壓是30V，火線絕對電壓是 250V，而用萬用表量電壓還是220V；UB到B樓HUB，則兩個HUB要承受30V的電勢差，很可能因此而損壞。解決的辦法很簡單，只需在A樓的交換機房接一根地線即可。