全面解讀集線器

?如果我們經常接觸網絡，對作為構建局域網的基礎設備集線器應該不會陌生,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）屬于數據通信系統中的基礎設備，它和雙絞線等傳輸介質一樣，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備。它被廣泛應用到各種場合。集線器工作在局域網(LAN)環境，像網卡一樣，應用于OSI參考模型第一層，因此又被稱為物理層設備。集線器內部采用了電器互聯，當維護LAN的環境是邏輯總線或環型結構時，完全可以用集線器建立一個物理上的星型或樹型網絡結構。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狀態指示燈。高檔集線器從外表上看，與現代路由器或交換式路由器沒有多大區別。尤其是現代雙速自適應以太網集線器，由于普遍內置有可以實現內部10Mb／s和100Mb／s網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點的網段中，實現各節點之間的通信交換，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IEEE 802．3協議，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據信號時，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)到發送時的狀態，緊接著轉發到其他所有處于工作狀態的端口上。從Hub的工作方式可以看出，它在網絡中只起到信號放大和重發作用，其目的是擴大網絡的傳輸范圍，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，都必須要經過兩步操作：第一步是將信息上傳到上聯設備；第二步是上聯設備再將該信息廣播到所有端口上。

　　 不過，隨著技術的發展和需求的變化，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組成的網絡是共享式網絡，同時Hub也只能夠在半雙工下工作。

　　 Hub主要用于共享網絡的組建，是解決從服務器直接到桌面最經濟的方案。在交換式網絡中，Hub直接與交換機相連，將交換機端口的數據送到桌面。使用Hub組網靈活，它處于網絡的一個星型結點，對結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．按結構和功能分類

　　按結構和功能分類，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總線提供中央網絡連接，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個節點的網絡中(在少數情況下，可以更多一些)。未管理的集線器沒有管理軟件或協議來提供網絡管理功能，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雜一些的集線器。堆疊式集線器最顯著的特征是8個轉發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安裝的集線器上就可以擴展網絡，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，有些模塊允許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準備了多條總線，這些插入模塊可以適應不同的段，如以太網、快速以太網、光纖分布式數據接口(Fiber Distributed Data Interface，FDDl)和異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)中。有些集線器還包含有網橋、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，用來與放大的數據信號關聯。

　　2．按局域網的類型分類

　　從局域網角度來區分，集線器可分為五種不同類型。

　　(1)單中繼網段集線器

　　最簡單的集線器，是一類用于最簡單的中繼式LAN網段的集線器，與堆疊式以太網集線器或令牌環網多站訪問部件(MAU)等類似。

　　(2)多網段集線器

　　從單中繼網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段。其主要優點是可以將用戶分布于多個中繼網段上，以減少每個網段的信息流量負載，網段之間的信息流量一般要求獨立的網橋或路由器。

　　(3)端口交換式集線器

　　該集成器是在多網段集線器基礎上，將用戶端口和多個背板網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段上。端口交換式集線器的主要優點是，可實現移動、增加和修改的自動化特點。

　　(4)網絡互聯集線器

　　端口交換式集線器注重端口交換，而網絡互聯集線器在背板的多個網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代替傳統的共享介質中繼網段。此類產品已經上市，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別。

四、 局域網集線器選擇
　　隨著技術的發展，在局域網尤其是—些大中型局域網中，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絡或大中型網絡的邊緣部分。下面以中小型局域網的應用為特點，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)上聯設備帶寬

　　如果上聯設備允許跑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，由于是對于網絡連接設備數較少，而且通信流量不是很大的網絡來說，lOMbit／s集線器就可以滿足應用需要。

　　(2)提供的連接端口數

　　由于連接在集線器上的所有站點均爭用同一個上行總線，所以連接的端口數目越多，就越容易造成沖突。同時，發往集線器任一端口的數據將被發送至與集線器相連的所有端口上，端口數過多將降低設備有效利用率。依據實踐經驗，一個lOMbit／s集線器所管理的計算機數不宜超過15個，lOOMbit／s的不宜超過25個。如果超過，應使用交換機來代替集線器。

　　(3)應用需求

　　傳輸的內容不涉及語音、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境下，所以堆疊的層數也不能太多。然而，市面上許多集線器以其堆疊層數比其他品牌的多而作為賣點，如果遇到這種情況，要區別對待：一方面可堆疊層數越多，一般說明集線器的穩定性越高；另一方面可堆疊層數越多，每個用戶實際可享有的帶寬則越小。

　　(2)級連

　　級連是在網絡中增加用戶數的另一種方法，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．以是否提供網管功能為標準

　　早期的Hub屬于一種低端的產品，且不可管理。近年來，隨著技術的發展，部分集線器在技術上引進了交換機的功能，可通過增加網管模塊實現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

　　如果網絡系統比較簡單，沒有樓宇之間的綜合布線，而且網絡內的用戶比較少，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。現在市面上的機柜在設計時一般都遵循19英寸的工業規范，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

　　像網卡一樣，目前市面上的Hub基本由美國品牌和中國***品牌占據，近來大陸幾家公司也相繼推出了集線器產品。其中高檔Hub主要還是由美國品牌占領，如3COM、Intel、Bay等，它們在設計上比較獨特，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***地區的D-Link和Accton占有了中低端Hub的主要份額，大陸的聯想、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品。這些中低檔產品均采用單處理器技術，其外圍電路的設計思想大同小異，實現這些思想的焊接工藝手段也基本相同，價格相差不多，大陸產品相對略便宜些，正日益占據更大的市場份額。近來，隨交換機產品價格的日益下降，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構來說，集線器(HUB)是心臟部分，一旦它出 問題，整個網絡便無法工作，所以它的好壞對于整個網絡來說都是相當重要的。

　　集線器(HUB)或交換機(Switch)是局域網中用得最為普及的設備。一般情況下，它們為用戶查找網絡故障提供方便，如通過觀察與HUB(或Switch)連接端口的指示燈是否發亮，可以判斷網絡連接是否正常。對于lO／lOOMb／s自適應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狀態下，還是lOOMb／s狀態下。所以，在大多數應用場合，HUB(或Switch)的使用是有利于網絡維護的。但是，因為HUB(或Switch)的使用不當或自身損壞，都將給網絡的連接帶來問題。

　　1．集線器在100Mb／s網絡中的應用故障

　　[故障現象]

　　將網絡從10Mb／s升級到100Mb／s后，網絡無法正常工作。

　　[故障分析處理]

　　在局域網中，當網絡的連接范圍較大時，可通過HUB之間的級聯擴大網絡的傳輸距離。在10Mb／s網絡中最多可級聯四級，使網絡的最大傳輸距離達到600m。但當網絡從10Mb／s升級到100Mb／s或新建一個100Mb／s的局域網時，如果采用普通的方法對100MHUB進行連接將使局域網絡無法正常工作。眾所周知，在100Mb／s網絡中只允許對兩個100Mb／s的HUB進行級聯，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，網絡將無法連接。這一點要引起足夠重視，否則在用戶規劃網絡時很容易造成嚴重的錯誤。

　　2。集線器在進行級聯時的應用故障

　　[故障現象]

　　某單位自行組建一個局域網，使用了兩個16口(還帶一個級聯端口)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服務器使用，每臺電腦(包括服務器)的子網掩碼全部為255．255．255．0。在正式連接服務器前每設置一臺工作站，都使用Ping命令進行測試，結果全部都連通，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，當連入了服務器后，只有HUB B所連接的工作站能夠登錄服務器，而HUBA所連接的工作站卻無法登錄。

　　 [故障分析處理]

　　通過觀察電腦上網卡的指示燈，以及兩個HUB上各端口的指示燈，除發現HUBB的第16個端口與HUB A的級聯端口對應的指示燈不亮外，所有網卡和其他端口的指示燈都均勻發亮，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的位置進行的調換，但結果依然如舊。接下來試著把連接HUB A級聯端口的雙絞線插在了HUB B的別處的一個普通端口上，結果問題解決了，網絡中所有的工作站都能與服務器連通，而且兩個HUB所連接的工作站都能相互得到響應。 由此可以看出，有些HUB的級聯端口和與之緊靠的一個端口不是獨立的兩個端口，而應屬于同一個端口(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在兩個端口之間進行級聯端口的選擇，而在隨后推出的產品中卻省了這個開關，但如果將其中一個端口作為級聯端口使用，另一個端口將無效。

　　3．HUB經常燒壞

　　[故障現象]

　　一臺連接兩幢樓的HUB經常燒壞，有時候一個月之中就要壞三四次。

　　[故障分析處理]

　　經測試，其中A樓的電源系統已經老化，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。