计算机基础知识(5) 集线器_阿胜_新浪博客

 集线器的英文称为“Hub”(是“中心”的意思),集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器(HUB)属于数据通信系统中的基础设备,它和双绞线等传输介质一样,是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。集线器实际上就是中继器的一种,其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务,所以集线器又叫多口中继器。

 集线器功能:

 1.提供一个中央单元,可以向网络连接多个节点。允许大量的计算机连接在一个或多个LAN上。

 2.通过集中式网络设计来降低网络阻塞,提供多协议服务。

 3.提高网络通信速度,为不同类型的介质提供链接,如:同轴电缆、双绞线、光纤。

 4.满足集中式网络管理。

 5.智能型集线器还能过滤数据或提供对网络的诊断信息。

 我们知道在环型网络中只存在一个物理信号传输通道,都是通过一条传输介质来传输的,这样就存在各节点争抢信道的矛盾,传输效率较低。引入集线器这一网络集线设备后,每一个站是用它自己专用的传输介质连接到集线器的,各节点间不再只有一个传输通道,各节点发回来的信号通过集线器集中,集线器再把信号整形、放大后发送到所有节点上,这样至少在上行通道上不再出现碰撞现象。但基于集线器的网络仍然是一个共享介质的局域网,这里的"共享"其实就是集线器内部总线,所以当上行通道与下行通道同时发送数据时仍然会存在信号碰撞现象。当集线器将从其内部端口检测到碰撞时,产生碰撞强化信号(Jam)向集线器所连接的目标端口进行传送。这时所有数据都将不能发送成功,形成网络"大塞车"。出现这种网络现象我们可以用一个形象的现实情形来说明,那就是单车道上同时有两个方向的车驰来。

1.按功能和结构分:

(1)独立式集线器。正如其名字一样,它服务于一个计算机工作组,与网络中的其他设备隔离。独立式集线器适合较小的独立部门、家庭、办公室或实验室环境。它可以是被动式的,也可以是智能型的。

(2)堆叠式集线器。顾名思义,堆叠式其实就是将几个独立式集线器堆叠在一起了。它可以避免独立式存在的单点失败的缺点。一般堆叠式可堆叠四五个集线器。

(3)模块式集线器。模块式通过地盘提供了大量的可选的接口选项,这使它使用起来比独立式和堆叠式更加方便灵活。该集线器有主板和插槽,一般多是智能型的,它可以与路由器、广域网相连,还可安装冗余部件,所以它的可靠性{zg}。

(4)智能型集线器。它能够处理数据、监视数据传输并提供故障排除信息。由于可以在网络中的任何地方对其实施管理,它又称为管理型集线器。具有处理能力的独立式、堆叠式、模块式集线器都可叫作智能型集线器。  
尽管集线器技术也在不断改进,但实质上就是加入了一些交换机(SWITCH)技术,发展到了今天,有的集线器还具有智能交换机功能。可以说集线器产品已在技术上向交换机技术进行了过渡,具备了一定的智能性和数据交换能力。但随着交换机价格的不断下降,仅有的价格优势已不再明显,集线器的市场越来越小,处于淘汰的边缘。尽管如此,集线器对于家庭或者小型企业来说,在经济上还是有一点诱惑力的,特别适合家庭几台机器的网络或者中小型公司作为分支网络使用。
    2.从局域网角度来区分:
    (1)单中继网段集线器。最简单的集线器,是一类用于最简单的中继式LAN网段的集线器,与堆叠式以太网集线器或令牌环网多站访问部件(MAU)等类似。
    (2)多网段集线器。从单中继网段集线器直接派生而来,采用集线器背板,这种集线器带有多个中继网段。其主要优点是可以将用户分布于多个中继网段上,以减少每个网段的信息流量负载,网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。
    (3)端口交换式集线器。该集线器是在多网段集线器基础上,将用户端口和多个背板网段之间的连接过程自动化,并通过增加端口交换矩阵(PSM)来实现的集线器。PSM可提供一种自动工具,用于将任何外来用户端口连接到集线器背板上的任何中继网段上。端口交换式集线器的主要优点是,可实现移动、增加和修改的自动化特点。
    (4)网络互联集线器。端口交换式集线器注重端口交换,而网络互联集线器在背板的多个网段之间可提供一些类型的集成连接,该功能通过一台综合网桥、路由器或LAN交换机来完成。目前,这类集线器通常都采用机箱形式。
    (5)交换式集线器。目前,集线器和交换机之间的界限已变得模糊。交换式集线器有一个核心交换式背板,采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。此类产品已经上市,并且混合的(中继/交换)集线器很可能在以后几年控制这一市场。应该指出,这类集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。
    集线器的工作特点:
集线器功能是随机选出某一端口的设备,并让它独占全部带宽,与集线器的上联设备(交换机、路由器或服务器等)进行通信。由此可以看出,集线器在工作时具有以下两个特点。首先是Hub只是一个多端口的信号放大设备,工作中当一个端口接收到数据信号时,由于信号在从源端口到Hub的传输过程中已有了衰减,所以Hub便将该信号进行整形放大,使被衰减的信号再生(恢复)到发送时的状态,紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上。从Hub的工作方式可以看出,它在网络中只起到信号放大和重发作用,其目的是扩大网络的传输范围,而不具备信号的定向传送能力,是—个标准的共享式设备。因此有人称集线器为“傻Hub”或“哑Hub”。其次是Hub只与它的上联设备(如上层Hub、交换机或服务器)进行通信,同层的各端口之间不会直接进行通信,而是通过上联设备再将信息广播到所有端口上。由此可见,即使是在同一Hub的不同两个端口之间进行通信,都必须要经过两步操作:{dy}步是将信息上传到上联设备;第二步是上联设备再将该信息广播到所有端口上。
    不过,随着技术的发展和需求的变化,目前的许多Hub在功能上进行了拓宽,不再受这种工作机制的影响。由Hub组成的网络是共享式网络,同时Hub也只能够在半双工下工作。
    Hub主要用于共享网络的组建,是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。在交换式网络中,Hub直接与交换机相连,将交换机端口的数据送到桌面。使用Hub组网灵活,它处于网络的一个星型结点,对结点相连的工作站进行集中管理,不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行,并且用户的加入和退出也很自由。
    局域网集线器选择 :
随着技术的发展,在局域网尤其是—些大中型局域网中,集线器已逐渐退出应用,而被交换机代替。目前,集线器主要应用于一些中小型网络或大中型网络的边缘部分。下面以中小型局域网的应用为特点,介绍其选择方法。
    1.以速度为标准
    集线器速度的选择,主要决定于以下3个因素。
   (1)上联设备带宽。如果上联设备允许跑100Mbit/s,自然可购买lOOMbit/s集线器;否则lOMbit/s集线器应是理想选择,由于是对于网络连接设备数较少,而且通信流量不是很大的网络来说,lOMbit/s集线器就可以满足应用需要。
   (2)提供的连接端口数。由于连接在集线器上的所有站点均争用同一个上行总线,所以连接的端口数目越多,就越容易造成冲突。同时,发往集线器任一端口的数据将被发送至与集线器相连的所有端口上,端口数过多将降低设备有效利用率。依据实践经验,一个lOMbit/s集线器所管理的计算机数不宜超过15个,lOOMbit/s的不宜超过25个。如果超过,应使用交换机来代替集线器。
   (3)应用需求。传输的内容不涉及语音、图像,传输量相对较小时,选择10Mbit/s即可。如果传输量较大,且有可能涉及多媒体应用(注意集线器不适于用来传输时间敏感性信号,如语音信号)时,应当选择100Mbit/s或10/100Mbit/s自适应集线器。10/100Mbit/s自适应集线器的价格一般要比100Mbit/s的高。
   2.以能否满足拓展为标准
   当一个集线器提供的端口不够时,一般有以下两种拓展用户数目的方法。
   (1)堆叠。堆叠是解决单个集线器端口不足时的一种方法,但是因为堆叠在一起的多个集线器还是工作在同一个环境下,所以堆叠的层数也不能太多。然而,市面上许多集线器以其堆叠层数比其他品牌的多而作为卖点,如果遇到这种情况,要区别对待:一方面可堆叠层数越多,一般说明集线器的稳定性越高;另一方面可堆叠层数越多,每个用户实际可享有的带宽则越小。
   (2)级连。级连是在网络中增加用户数的另一种方法,但是此项功能的使用—般是有条件的,即Hub必须提供可级连的端口,此端口上常标为“Uplink”或“MDI”的字样,用此端口与其他的Hub进行级连。如果没有提供专门的端口而必须要进行级连时,连接两个集线器的双绞线在制作时必须要进行错线。
    3.以是否提供网管功能为标准。早期的Hub属于一种低端的产品,且不可管理。近年来,随着技术的发展,部分集线器在技术上引进了交换机的功能,可通过增加网管模块实现对集线器的简单管理(SNMP),以方便使用。但需要指出的是,尽管同是对SNMP提供支持,不同厂商的模块是不能混用的,同时同一厂商的不同产品的模块也不同。

4.以外形尺寸为参考。如果网络系统比较简单,没有楼宇之间的综合布线,而且网络内的用户比较少,如一个家庭、一个或几个相邻的办公室,则没有必要再考虑Hub的外形尺寸。但是有的时候情况并非如此,例如为了便于对多个Hub进行集中管理,在购买Hub之前已经购置了机柜,这时在选购Hub时必须要考虑它的外形尺寸,否则Hub无法安装在机架上。现在市面上的机柜在设计时一般都遵循19英寸的工业规范,它可安装大部分的5口、8口、16口和24口的Hub。不过,为了防止意外,在选购时一定注意它是否符合19英寸工作规范,以便在机柜中安全、集中地进行管理。
    集线器常见故障的分析处理:

 普通最常用的星型拓扑结构来说,集线器(HUB)是心脏部分,一旦它出问题,整个网络便无法工作,所以它的好坏对于整个网络来说都是相当重要的。
     1.集线器在100Mb/s网络中的应用故障
将网络从10Mb/s升级到100Mb/s后,网络无法正常工作。
故障分析处理:在局域网中,当网络的连接范围较大时,可通过HUB之间的级联扩大网络的传输距离。在10Mb/s网络中最多可级联四级,使网络的{zd0}传输距离达到600m。但当网络从10Mb/s升级到100Mb/s或新建一个100Mb/s的局域网时,如果采用普通的方法对100MHUB进行连接将使局域网络无法正常工作。众所周知,在100Mb/s网络中只允许对两个100Mb/s的HUB进行级联,而且两个10Mb/sHUB之间的连接距离不能大于5m,所以100Mb/s局域网在使用HUB时{zd0}距离为205m。如果实际连接距离不符合以上要求,网络将无法连接。这一点要引起足够重视,否则在用户规划网络时很容易造成严重的错误。
某单位自行组建一个局域网,使用了两个16口(还带一个级联端口)的10M共享式集线器,所有电脑通过HUB与总机房的HUB相连。其中HUBA通过级联端口连接到HUBB的第16个端口上,HUBB通过级连端口连接到总机房的HUB上,其他端口分别连接工作站。整个工作站使用静态IP地址,其值分别为192.168.0.2、192.168.0.3……依次类推,192.168.0.1分配给NT服务器使用,每台电脑(包括服务器)的子网掩码全部为255.255.255.0。在正式连接服务器前每设置一台工作站,都使用Ping命令进行测试,结果全部都连通,而且HUB A所连接的工作站全部也能用Ping命令与HUB B所连接的工作站相通。但是,当连入了服务器后,只有HUB B所连接的工作站能够登录服务器,而HUBA所连接的工作站却无法登录。
     故障分析处理:通过观察电脑上网卡的指示灯,以及两个HUB上各端口的指示灯,除发现HUBB的第16个端口与HUB A的级联端口对应的指示灯不亮外,所有网卡和其他端口的指示灯都均匀发亮,说明电脑与HUB之间的连接均正常,因此问题极有可能是出在HUBA的级联端口与HUB B的第16个端口上。按照这种情况,开始怀疑在HUB A的级联端口和HUB B的第16个端口中至少有一个端口是坏的。为了进一步确认其端口是坏的,可将两个HUB的位置进行的调换,但结果依然如旧。接下来试着把连接HUB A级联端口的双绞线插在了HUB B的别处的一个普通端口上,结果问题解决了,网络中所有的工作站都能与服务器连通,而且两个HUB所连接的工作站都能相互得到响应。由此可以看出,有些HUB的级联端口和与之紧靠的一个端口不是独立的两个端口,而应属于同一个端口(虽然存在两个独立的物理端口)。以前的许多HUB是使用了一个拨动开关在两个端口之间进行级联端口的选择,而在随后推出的产品中却省了这个开关,但如果将其中一个端口作为级联端口使用,另一个端口将无效。
3.HUB经常烧坏
   一台连接两幢楼的HUB经常烧坏,有时候一个月之中就要坏三四次。
   故障分析处理:经测试,其中A楼的电源系统已经老化,零线{jd1}电压是30V,火线{jd1}电压是 250V,而用万用表量电压还是220V;HUB到B楼HUB,则两个HUB要承受30V的电势差,很可能因此而损坏。解决的办法很简单,只需在A楼的交换机房接一根地线即可。
    集线器常见端口
集线器通常都提供三种类型的端口,即
RJ-45端口、BNC端口和AUI端口,以适用于连接不同类型电缆构建的网络。一些xx集线器还提供有光纤端口和其他类型的端口。 
    集线器的安装
集线器的安装相对简单,尤其是傻瓜集线器,只要将其固定在配线柜并插上电源线即可。需要连接哪根双绞线,就把哪根双绞线的RJ-45头插入至集线器端口即可。智能集线器虽然也是固定好就能使用,不过,如果想实现远程管理,就必须进行必要的配置,为集线器指定IP地址信息。另外在一些大的网络中一般都采用机架式集线器,这样就涉及到集线器的机架安装了。
    集线器从结构上来讲有机架式和桌机式的两种,一般部门用的集线器是采用桌面式;企业机房通常采用机架式。机架式集线器便于固定在一个固定的地方,一般是与其它集线器、交换机,还有的与服务器安装放在一个机柜中,这一样一来一则便于网络的连接与管理,同时也节省设备所占用的空间。如果您在选购时所选购的是机架式的集线器时,您可以选配集线器机架(一般为厂家提供)。下面我们就来看一下机架式集线器的安装。
    机架式的集线器一般都是与其它设备一起安装在机柜中,这些机柜当然在业界都有相应的结构标准的,特别是在尺寸方面有严格的规定(如宽度,1U(单元4.445cm)的高度等),这样所有设备都可以方便、美观地安装在一起,这就是为什么集线器里面空空的,却非要做得一样大的原因所在,当然机箱大也有另一方面好处,那就是可以更好地散热。
    在国际标准机柜从宽度上大致可分19英寸、23英寸和24英寸三类,这主要是根据服务器机柜的要求而定的。根据安装设备数量的不同,还可以选择不同高度的机柜。机柜的高度通常以"U"作为单位,"U"其实就是"Unit"的意思,中文的意思就是"一单元",1U=1.75英寸。这种机柜的安装通常主要按以下几步来进行。
    第1步:固定安装支架
    在将集线器安装至机柜之前,应当先在集线器规定位置上安装固定支架(这要参照操作手册进行),这是为以后将集线器安装在机架上作准备。不同的集线器,所安装的支架有较大的差异,不过,安装原理基本上是一致的。

    第2步:固定设备
安装支架固定好之后,接下来要做的就是把安装好支架的集线器设备放入机柜相应位置,并且固定在机柜中。其实这种安装方法很容易,实际上只是固定几个镙钉即可。
    第3步:固定导线器
将集线器安装至机柜后,就要进行网线连接了,在一个机柜中一般来说有好几个网络设备在一起,这样也就有许多条网线集中在这个机柜中,如果这些网线不理清楚的话对网络管理会带来非常大的不便,为此我们就需要对网线进行捆绑安装、整理。这时一般就要为网线安装导线器,从而使成束地网线变得整齐和美观,且易于管理。
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