中继器与集线器.docx

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中继器与集线器

中继器与集线器

一、中继器

　　中继器（RPrepeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。

中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。

它在OSI参考模型中的位置如图1所示。

　　由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。

中继器就是为解决这一问题而设计的。

它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。

　　一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。

从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。

事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。

以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。

二、集线器

　　集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。

集线器在OSI／RM中的位置如图2所示。

　　集线器产品发展较快，局域网集线器通常分为五种不同的类型，它将对LAN交换机技术的发展产生直接影响。

　　1．单中继网段集线器

　　在硬件平台中，第一类集线器是一种简单中继LAN网段，最好的例子是叠加式以太网集线器或令牌环网多站访问部件（MAU）。

某些厂商试图在可管理集线器和不可管理集线器之间划一条界限，以便进行硬件分类。

这里忽略了网络硬件本身的核心特性，即它实现什么功能，而不是如何简易地配置它。

　　2．多网段集线器

　　多网段集线器是从第一类集线器直接派生而来的，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。

多网段集线器通常是有多个接口卡槽位的机箱系统。

然而，一些非模块化叠加式集线器现在也支持多个中继网段。

多网段集线器的主要技术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

　　端口交换式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。

PSM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。

这一技术的关键是“矩阵”，一个矩阵交换机是一种电缆交换机，它不能自动操作，要求用户介入。

它不能代替网桥或路由器，并不提供不同LAN网段之间的连接性，其主要优点就是实现移动、增加和修改的自动化。

　　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实际上提供一些类型的集成连接。

这可以通过一台综合网桥、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，集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。

中继器与集线器一、中继器

2003-4-1010:

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　　中继器（RPrepeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。

中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。

它在OSI参考模型中的位置如图1所示。

　　由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。

中继器就是为解决这一问题而设计的。

它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。

　　一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。

从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。

事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。

以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。

　　二、集线器

　　集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。

集线器在OSI／RM中的位置如图2所示。

　　集线器产品发展较快，局域网集线器通常分为五种不同的类型，它将对LAN交换机技术的发展产生直接影响。

　　1．单中继网段集线器

　　在硬件平台中，第一类集线器是一种简单中继LAN网段，最好的例子是叠加式以太网集线器或令牌环网多站访问部件（MAU）。

某些厂商试图在可管理集线器和不可管理集线器之间划一条界限，以便进行硬件分类。

这里忽略了网络硬件本身的核心特性，即它实现什么功能，而不是如何简易地配置它。

　　2．多网段集线器

　　多网段集线器是从第一类集线器直接派生而来的，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。

多网段集线器通常是有多个接口卡槽位的机箱系统。

然而，一些非模块化叠加式集线器现在也支持多个中继网段。

多网段集线器的主要技术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

　　端口交换式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。

PSM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。

这一技术的关键是“矩阵”，一个矩阵交换机是一种电缆交换机，它不能自动操作，要求用户介入。

它不能代替网桥或路由器，并不提供不同LAN网段之间的连接性，其主要优点就是实现移动、增加和修改的自动化。

　　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实际上提供一些类型的集成连接。

这可以通过一台综合网桥、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，集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。

在上一篇我们介绍了集线器的有关基础知识，本篇继续要介绍与集线器的另一些重要方面，就是集线器的安装与连接。

我们通过上一篇的学习已经知道，集线器是一种最为基础的网络集线设备，它主要工作于OSI的数据链路层。

同时我们也已经知道它几乎是不需任何软件配置，一种完全即插即用的纯硬件式设备。

尽管如此，由于它经历了较长的历史发展时期，其技术也得到了一步步的发展，在网络的应用也有许多需要特别注意的地方。

　　要正确使用集线器，首先要了解的是集线器的基本工作原理，只有这样才能正确选择、安装、连接集线器。

　　一、集线器的基本工作原理

　　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，如图1所示。

图1

　　我们知道，单车道上通常只允许一个行驶方向的车通过，但是在小城镇，条件有限通常没有这样的规定，单车道也很有可能允许两个行驰方向的车通过，但是必须是不同时刻经过。

在集线器中也一样，虽然各节点与集线器的连接已有各自独立的通道，但是在集线器内部却只有一个共同的通道，上、下行数据都必须通过这个共享通道发送和接收数据，这样有可能像单车道一样，当上、下行通道同时有数据发送时，就可能出现塞车现象。

很好理解吧？

　　正因为集线器的这一不足之处，所以它不能单独应用于较大网络中（通常是与交换机等设备一起分担小部分的网络通信负荷），就像在大城市中心不能有单车道一样，因为网络越来，出现网络碰撞现象的机会就越大。

也正因如此，集线器的数据传输效率是比较低的，因为它在同一时刻只能有一个方向的数据传输，也就是所谓的"单工"方式。

如果器网络中要选用集线器作为单一的集线设备，则网络规模最好在10台以内，而且集线器带宽应为10/100Mbps以上。

　　集线器除了共享带宽这一不足之处外，还有一个方面在选择集线器时必须要考虑到，那就是它的广播方式。

因为集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有"智能记忆"能力，更别说"学习"能力了。

它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。

也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，图示如图2所示。

图2

　　这种广播发送数据方式有两方面不足：

（1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包；

（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，加上以上所介绍的共享带宽方式，就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。

　　二、集线器的安装

　　了解了集线器的工作原理后，我们再来了解一下集线器在局域网中的安装与连接方法。

　　接入设备最重要的是它的接口技术，不同的接口应用于不同的应用环境，不同的应用又对应于相应的接口，不仅集线器如此，包括后面将要讲到的交换机、路由器等都一样。

集线器的接口相对来说是最简单的，为了使大家熟练地掌握集线器的各种应用连接，我们有必要对集线器的一些主要接口进行一下认识。

　　1.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。

一些高档集线器还提供有光纤端口和其他类型的端口。

（1）RJ-45接口

　　RJ-45接口可用于连接RJ-45接头，适用于由双绞线构建的网络，这种端口是最常见的，一般来说以太网集线器都会提供这种端口。

我们平常所讲的多少口集线器，就是指的具有多少个RJ-45端口。

如图3所示。

图3

　　集线器的RJ-45端口即可直接连接计算机、网络打印机等终端设备，也可以与其他交换机、集线器等集线设备和路由器进行连接。

需要注意的是，当连接至不同设备时，所使用的双绞线电缆的跳线方法有所不同。

具体参见前面介绍的网线制作篇内容介绍。

（2）BNC端口

　　BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的接口，它一般是通过BNCT型接头进行连接的，图4所示的是一个集线器BNC端口通过BNC型接头连接的示意图。

图4

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　　大多数10Mbit/s集线器都拥有一个BNC端口。

当集线器同时拥有BNC和RJ-45端口时，由于既可通过RJ-45端口与双绞线网络连接，又可通过BNC接口与细缆网络连接，因此