集線器

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集線器(Hub)

　　集線器是指將多條乙太網雙絞線或光纖集合連接在同一段物理介質下的設備。集線器是運作在OSI模型中的實體層。它可以視作多埠的中繼器，若它偵測到碰撞，它會提交jam signal。(如右圖所示)

　　集線器通常會附上BNC and/or AUI轉接頭來連接傳統10BASE2或10BASE5網路。

　　由於集線器會把進來的信號送到除了發出者之外的每一個連接著的埠，造成信號之間碰撞的機會很大，而且信號也可能被竊聽，因此大部份集線器已被交換機取代。

　　(1)廣播式發送。數據信息會被發送到每一個埠，即除了目的工作站外，連接在此集線器上的所有工作站都能感覺到該數據的存在，因此對要求數據有一定安全性的系統來說是不合適的。

　　(2)共用帶寬。集線器上所有站點均在爭用媒體而共同分享帶寬，連接在集線器上的每一個站點的平均帶寬為：系統帶寬／站點數咒，站點數越多(行越大)時，每一個站點得到的平均帶寬就越小，所以集線器不適合於站點數多、高負荷的應用環境。

　　(3)半雙工工作。工作站不能同時發送和接收數據，從而使得網路工作效率不高。

　　1．單中繼網段集線器

　　在硬體平臺中，第一類集線器是一種簡單的中繼LAN網段，最好的例子是疊加式乙太網集線器或令牌環網多站訪問部件(MAU)。某些廠商試圖在可管理集線器和不可管理集線器之間划出一條界限，以便進行硬體分類。這裡忽略了網路硬體本身的核心特性，即它實現什麼功能，而不是如何簡易地配置它。

　　2．埠交換式集線器

　　埠交換式集線器是在多網段集線器的基礎上將用戶埠和多個背板網段之間的連接過程自動化，並通過增加埠交換矩陣(PSM)來實現的。PSM提供一種自動工具，用於將任何外來用戶端．口連接到集線器背板上的任何中繼網段上。這一技術的關鍵是“矩陣”，一個矩陣交換機是一種電纜交換機，它不能自動操作，要求用戶介入。它不能代替網橋或路由器，並不提供不同LAN網段之間的連接性，其主要優點是實現移動、增加和修改的自動化。

　　3．多網段集線器

　　多網段集線器是從第一類集線器直接派生出來的，採用集線器背板，這種集線器帶有多個中繼網段。多網段集線器通常有多個介面卡槽位的機箱系統。然而，一些非模塊化疊加式集線器現在也支持多個中繼網段。多網段集線器的主要技術優點是可以將用戶分佈於多個中繼網段上，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有獨立的網橋或路由器。

　　4．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，採用一個純粹的交換系統代替傳統的共用介質中繼網段。此類產品已經上市，並且混合的(中繼／交換)集線器很可能在以後幾年控制這一市場。應該指出，集線器和交換機之間的特性幾乎沒有區別。

　　5．網路互聯集線器

　　埠交換式集線器註重埠交換，而網路互聯集線器在背板的多個網段之間實際上提供一些類型的集成連接。這可以通過一臺綜合網橋、路由器或LAN交換機來完成。目前，這類集線器通常都採用機箱形式。

　　在環型網路中只存在一個物理信號的傳輸通道，就是通過一條傳輸介質來傳輸，這樣就存在各節點爭搶通道的矛盾，傳輸效率較低。引入集線器這一網路設備後，每一個站用它專用的傳輸介質連接到集線器上，各節點問不再只有一個傳輸通道，各節點發回來的信號通過集線器集中，集線器再把信號整形、放大後發送到所有節點上，這樣至少在上行通道上不再出現碰撞現象。但基於集線器的網路仍然是一個共用介質的區域網，這裡的“共用”其實就是集線器內部匯流排，所以當上行通道與下行通道同時發送數據時仍然會存在信號碰撞現象。當集線器將從其內部埠檢測到碰撞時，產生碰撞強化信號(Jam)向集線器所連接的目標埠進行傳送。這時所有的數據都將不能發送成功，形成網路“大塞車”。

　　由集線器構建的網路稱為共用網路，由同一網段內所有的電腦共用固有寬頻。同一時刻，網路中只能有兩台電腦進行通信，接收或發送，不能同時進行收發工作，否則，由於碰撞衝突而導致通信失敗。在集線器中雖然各節點與集線器的連接已有各自獨立的通道，但是在集線器內部卻只有一個共同的通道，上、下行數據都必須通過這個共用通道發送和接收數據，這樣有可能像單車道一樣，當上、下行通道同時有數據發送時，就可能出現塞車現象。

　　正因為集線器的這一不足之處，所以它不能單獨應用於較大網路中(通常是與交換機等設備一起分擔小部分的網路通信負荷)。像在大城市中心不能有單車道一樣，因為網路越多，出現網路碰撞現象的機會就越大。也正因如此，集線器的數據傳輸效率比較低，因為它在同一時刻只能有一個方向的數據傳輸，也就是所謂的“單工”方式。如果網路中要選用集線器作為單一的集線設備，則網路規模最好在10台以內，而且集線器帶寬應為10／100Mb／s以上。

　　集線器除了共用帶寬這一不足之處外，還有一個方面在選擇集線器時必須要考慮到，那就是它的廣播方式。因為集線器屬於純硬體網路底層設備，基本上不具有“智能記憶”的能力，它也不具備交換機所具有的MAC地址表，所以它發送數據時都是沒有針對性的，而是採用廣播方式發送。也就是說當它要向某節點發送數據時，不是直接把數據發送到目的節點，而是把數據包發送到與集線器相連的所有節點。

　　這種廣播發送數據方式有以下兩方面缺點：

　　(1)用戶數據包向所有節點發送數據很可能帶來數據通信的不安全，一些別有用心的人很容易非法截獲他人的數據包。

　　(2)由於所有數據包都是向所有節點同時發送，加上以上所介紹的共用帶寬方式，就更加可能造成網路塞車現象，更加降低了網路執行效率。

　　儘管集線器價格低廉，但是由於其所能提供的傳輸速率和傳輸效率非常有限，所以在不久的將來，集線器將很快被其他網路設備所替代。不過作為一種廉價的集線設備，集線器仍然被廣泛應用於數據傳輸量不大、用戶數量不多的小型網路，作為中型網路的一種補充。

　　在選購集線器時，應註意以下幾個方面：

　　1．外型尺寸

　　從外型尺寸上看，集線器可分為機架式和桌面式兩種。所謂機架式是指幾何尺寸符合19英寸的工業規範，可以安裝在標準機櫃中。該類集線器以16口和24口的設備為主流，提供較多的端V1數量，適用於較多用戶的同時接入。由於集線器統一置放在機櫃中，因此既便於集線設備間的連接，又便於對基線設備統一管理。

　　所謂桌面式，是指幾何尺寸不符合19英寸的工業規範，不能夠安裝在標準機櫃中，只能放置在桌面或懸掛在牆壁上。該類集線器大多遵循8～16口規範，也有部分4～5口出現，僅適用於小型企業網路。原因很簡單，當配備多個集線器時，由於尺寸或形狀不同而很難統一放置和管理。

　　2．埠速率

　　從集線器提供的埠速率上看，有10Mb／s和100Mb／s兩種。所謂10Mb／s集線器是指所有埠均提供10Mb／s寬頻。由於10Mb／s集線器擁有絕對性價比，因此成為集線器市場的主流產品，並被廣泛應用於各種類型的網路。

　　所謂100Mb／s集線器是指該集線器中的所有埠均提供100Mb，s寬頻。由於100Mb／s集線器在價格上與10／100Mb／s交換機基本持平，但性能卻遠不如後者，性價比非常差，所以正逐漸退出網路市場。

　　除此之外，還有一種雙速集線器，內置10Mb／s和100Mb／s兩條內部匯流排，並利用內部網橋將兩條匯流排連通，可以連接10Mb／s和100Mb／s設備。

　　3．埠數量

　　由於每個埠只能連接一臺電腦，所以在選擇集線器的埠數量時，應當首先清楚網路到底有多少台電腦。通常情況下，埠數量越多，則每個埠的平均價格也就越低。另外，當一臺集線器的埠數量不能滿足需要時，每連接一臺集線設備，就會同時損失兩個埠。通常情況下，建議選擇擁有較多埠的集線器，當然，當過多的埠被閑置時，也會造成不必要的浪費。

　　早期的集線器通常都是以優化網路佈線結構、簡化網路管理為目標而設計的。現在的集線器則以高性能、多功能和智能化為設計目標。這種集線器不僅具有傳統集線器將多個結點匯接到一起的能力，而且採取了模塊化結構，可根據需要選擇各種模塊。這種將多種網路技術集中到一個機箱內的設備，有的人稱之為超級集線器，更多的人則將其稱為集中器。

　　典型的集線器有多個用戶埠，連接電腦和伺服器之類的外圍設備。每一個端121支持一個來自網路站的連接。一個乙太網數據包從一個站發送到集線器上，然後被中繼到集線器中的其他所有埠。儘管每一個站是用它自己專用的雙絞線連接到集線器的，但基於集線器的網路仍然是一個共用介質的區域網。

　　1．在0SI／RM(0SI參考模型)中的工作層次不同

　　交換機和集線器在OSI／RM開放體系模型中對應的層次不一樣，集線器是同時工作在第1層(物理層)和第2層(數據鏈路層)，而交換機至少工作在第2層，更高級的交換機可以工作在第3層(網路層)和第4層(傳輸層)。

　　2．交換機的數據傳輸方式不同

　　集線器的數據傳輸方式是廣播(Broadcast)方式，而交換機的數據傳輸是有目的的，數據只對目的結點發送，只是在自己的MAC地址表中找不到的情況下第一次使用廣播方式發送，然後因為交換機具有MAC地址學習功能，以後就不再是廣播發送了，而是有目的的發送。這樣的好處是趄高了數據傳輸效率，不會出現廣播風暴，在安全性方面也不會出現其他結點偵聽的現象。

　　3．帶寬占用方式不同

　　在帶寬占用方面，集線器所有埠是共用集線器的總帶寬，而交換機的每個埠都具有自己的帶寬。這樣，交換機實際上每個埠的帶寬比集線器埠可用帶寬要高許多，也就決定了交換機的傳輸速率比集線器要快許多。

　　4．傳輸模式不同

　　集線器只能採用半雙工方式進行傳輸，因為集線器是共用傳輸介質的，這樣在上行通道上集線器一次只能傳輸一個任務，要麼是接收數據，要麼是發送數據。而交換機則不同，它是採用全雙工方式來傳輸數據的，因此在同一時刻可以同時進行數據的接收和發送工作，這不但令數據的傳輸速率大大加快，而且在整個系統的吞吐量方面交換機比集線器至少要快一倍以上，因為它可以接收、發送同時進行，實際上還遠不止一倍，因為埠帶寬一般來說交換機比集線器也要大許多倍。

　　總之，交換機是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發數據包功能的網路設備。目前，主流的交換機廠商以國外的Cisco(思科)、3COM、安奈特為代表，國內主要有華為、D-LINK等。