第一節(jié) 中繼器與集線器

中繼器和集線器均工作在OSI參考模型的物理層，其主要功能是接收局域網(wǎng)網(wǎng)段上的信號(hào)（比特），再將這些信號(hào)傳送出去，以此擴(kuò)展網(wǎng)段的物理距離。這些設(shè)備對(duì)于發(fā)送和接收（端）設(shè)備來(lái)說(shuō)均是透明的。從技術(shù)上講，它們不能算作物理互連設(shè)備，因?yàn)樗鼈冎皇瞧鸬搅藬U(kuò)展線路距離的作用，或只是將同樣的信號(hào)傳輸給了多個(gè)結(jié)點(diǎn)；但在實(shí)際中通常將它們算作物理互連設(shè)備。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

?了解中繼器、集線器的特性和功能；

?掌握什么時(shí)候應(yīng)該使用中繼器和集線器，什么時(shí)候不使用中繼器和集線器；

?掌握基于集線器的幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

?了解為什么集線器不能連接使用不同MAC協(xié)議的局域網(wǎng)。

關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)

?中繼器擴(kuò)展物理介質(zhì)的作用距離；

?集線器不能連接使用不同MAC協(xié)議的局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)）。

中繼器

中繼器在物理層工作，是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。中繼器不關(guān)心數(shù)據(jù)的格式和含義，它只負(fù)責(zé)復(fù)制和增強(qiáng)通過(guò)物理介質(zhì)傳輸?shù)谋硎尽?”和“0”的信號(hào)，如圖2.1所示。如果中繼器的輸入端收到一個(gè)比特“1”，它的輸出端就會(huì)重復(fù)生成一個(gè)比特“1”。這樣，接收到的全部信號(hào)被傳輸?shù)剿信c之相連的網(wǎng)段，所以說(shuō)中繼器是一種“非辨識(shí)”設(shè)備。由于中繼器逐比特地重復(fù)生成它所接收到的信號(hào)，因此它也會(huì)重復(fù)錯(cuò)誤的信號(hào)。但是它的速度很快（在以太網(wǎng)中可以達(dá)到10Mb/s），而且延遲很小。

中繼器可以將局域網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)段和另一個(gè)網(wǎng)段相連，而且可以連接不同類(lèi)型的介質(zhì)。如圖2.2所示，中繼器可以將用于以太網(wǎng)的細(xì)纜和用于以太網(wǎng)的非屏蔽雙絞線連接在一起。

由于中繼器只是一種信號(hào)放大設(shè)備，它不能連接兩種不同的介質(zhì)訪問(wèn)類(lèi)型（數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議），如令牌環(huán)網(wǎng)和以太網(wǎng)。另外，中繼器只是一種物理層設(shè)備，它不能識(shí)別數(shù)據(jù)幀的格式和內(nèi)容，也不能將一種數(shù)據(jù)鏈路報(bào)頭類(lèi)型轉(zhuǎn)換成另外一種類(lèi)型。

作為以太局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，中繼器只適用于較小地理范圍內(nèi)的相對(duì)較小的局域網(wǎng)（少于100個(gè)結(jié)點(diǎn)），如一棟辦公樓的一二層范圍內(nèi)的局域網(wǎng)。由于中繼器不能隔斷局域網(wǎng)網(wǎng)段間的通信，所以不能用它連接負(fù)載沉重的局域網(wǎng)。由于中繼器逐比特地將數(shù)據(jù)復(fù)制到所有相連的網(wǎng)段，所有的數(shù)據(jù)都能雙向通過(guò)中繼器，所以在用中繼器將多個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段連接在一起時(shí)，因中繼器不能過(guò)濾任何數(shù)據(jù)，可能會(huì)遇到性能方面的問(wèn)題。

中繼器的主要功能是擴(kuò)展一個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段的作用距離。它通常不是用來(lái)向網(wǎng)絡(luò)中添加更多的設(shè)備的，而是用來(lái)擴(kuò)展一個(gè)工作站或一組工作站與網(wǎng)絡(luò)中其他部分的距離。在以太網(wǎng)中，中繼器主要用來(lái)擴(kuò)展物理介質(zhì)間的作用距離。圖2.3示出了如何利用2個(gè)中繼器將3個(gè)10Base-5以太網(wǎng)網(wǎng)段連接起來(lái)。在這種配置下，中繼器在每個(gè)網(wǎng)段中都被看作結(jié)點(diǎn)。因此，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可以接入的最大結(jié)點(diǎn)數(shù)為296。這是因?yàn)槊總€(gè)10Base-5網(wǎng)段的最大結(jié)點(diǎn)數(shù)是100，而每個(gè)中繼器都算作2個(gè)結(jié)點(diǎn)，一共有2個(gè)中繼器，所以除去中繼器以外，能接入的最大結(jié)點(diǎn)數(shù)為：300-4=296。

中繼器可以用來(lái)接入“鏈接網(wǎng)段”，以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的總長(zhǎng)度。5/4/3規(guī)則適用于10Base-2和10Base-5以太網(wǎng)及相連的中繼器：最多可以用4個(gè)中繼器將5個(gè)網(wǎng)段連接在一起，其中最多可以有3個(gè)網(wǎng)段包含網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。因此，最多有2個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)段可以用作“鏈接”網(wǎng)段（只用線纜，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)）來(lái)擴(kuò)展一個(gè)以太網(wǎng)的總的作用距離。10Base-5以太網(wǎng)網(wǎng)段的最長(zhǎng)作用距離為500m。如果用4個(gè)中繼器連接起來(lái)，其作用距離可以達(dá)到2500m。10Base-2以太網(wǎng)網(wǎng)段的最長(zhǎng)作用距離為185m，使用4個(gè)中繼器可以達(dá)到925m。

集線器

與中繼器一樣，集線器也工作于OSI參考模型的物理層，并逐位復(fù)制經(jīng)由物理介質(zhì)傳輸?shù)男盘?hào)。中繼器和集線器都使信號(hào)得到加強(qiáng)，集線器還可以在一組結(jié)點(diǎn)中共享信號(hào)。

集線器的組成結(jié)構(gòu)

隨著網(wǎng)絡(luò)管理的興起，集線器開(kāi)始發(fā)展成為使用越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備。集線器的核心是其背板，它為集線器提供基本功能。背板的設(shè)計(jì)決定了集線器所能支持的特性。

集線器背板具有很高的傳輸速率，支持多種網(wǎng)絡(luò)并提供多種服務(wù)。由于智能集線器體系結(jié)構(gòu)還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，每個(gè)設(shè)備供應(yīng)商都提出了集線器背板的不同實(shí)現(xiàn)方法。有時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的MAC協(xié)議被用作背板，如以太網(wǎng)。有時(shí)使用專(zhuān)用的高速背板。如果背板是以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或者FDDI，則被稱(chēng)為共享總線背板，因?yàn)檫@些體系結(jié)構(gòu)都使用共享介質(zhì)協(xié)議。其中，站點(diǎn)必須等到“線路空閑”時(shí)（以太網(wǎng)）或者它們得到了令牌時(shí)（FDDI和令牌環(huán)網(wǎng)）才能發(fā)送信號(hào)。

集線器的主要功能

早期的線路集中器型集線器，也稱(chēng)為“第一代”集線器，只具有中繼器功能。這類(lèi)集線器不支持通過(guò)網(wǎng)橋或路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連，只包含一個(gè)單獨(dú)的局域網(wǎng)背板及支持以太網(wǎng)或者令牌環(huán)網(wǎng)的電路，當(dāng)然也不具有網(wǎng)絡(luò)管理功能。

現(xiàn)在，集線器和交換技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了綜合布線系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的增加，集線器也發(fā)展成為一個(gè)更復(fù)雜的智能性設(shè)備，即智能集線器，也稱(chēng)為“第二代”集線器。智能集線器不但支持多種傳輸介質(zhì)，還支持多種介質(zhì)訪問(wèn)控制方法（數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議），如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI。重要的是，通過(guò)內(nèi)置的網(wǎng)橋和路由器模塊及網(wǎng)絡(luò)管理能力，智能集線器還能提供網(wǎng)絡(luò)互連功能。

集線器有助于管理許多網(wǎng)絡(luò)中都存在的繁雜的線纜和眾多的線纜類(lèi)型。集線器構(gòu)成了許多網(wǎng)絡(luò)的中心，因?yàn)椋号c其讓同軸電纜總線穿過(guò)整個(gè)建筑物，不如使用銅絞線構(gòu)成的星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，讓所有的電纜都集中到像配線室這樣一個(gè)地點(diǎn)。將集線器放置到一個(gè)有著各種不同類(lèi)型接口的配線室中，通過(guò)這些接口可以連接到其他以太網(wǎng)、FDDI或廣域網(wǎng)。這樣，就形成了一個(gè)以集線器為中心的結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)。

大多數(shù)集線器均支持以太網(wǎng)，采用EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合布線。EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)為用戶和設(shè)備供應(yīng)商提供了詳細(xì)、準(zhǔn)確的布線規(guī)劃指導(dǎo)，其中包括以下內(nèi)容：

?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

?特定網(wǎng)絡(luò)速度所需的連線類(lèi)型；

?特定連線類(lèi)型所需的連接器類(lèi)型；

?線纜和連接器的最低性能要求，其中包括信號(hào)衰減、干擾和回波損耗。

由于EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)只用于物理線路布局，因此它并不與以太網(wǎng)的10Base-T、令牌環(huán)、FDDI或者其他數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議相沖突。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在該標(biāo)準(zhǔn)中所有的結(jié)點(diǎn)都連接到一個(gè)位于中心的配線室，配線室里有諸如接線板和集線器之類(lèi)在星狀配置中用于網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。圖2.4示出了一個(gè)簡(jiǎn)單的星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的集線器配置。這種結(jié)構(gòu)化的布線規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的。所有的集線器都使用一種星狀物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；但是網(wǎng)段的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)狀、總線、樹(shù)狀或者其他結(jié)構(gòu)，這取決于信號(hào)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)結(jié)點(diǎn)的方式。

基于集線器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前，有許多種基于集線器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇。

1.經(jīng)典以太局域網(wǎng)

經(jīng)典以太局域網(wǎng)如圖2.5所示，其中主機(jī)A、B、C、D和服務(wù)器都是經(jīng)典局域網(wǎng)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)。傳輸介質(zhì)（線纜）是共享型的，每個(gè)站點(diǎn)必須等到其他站點(diǎn)不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。一個(gè)網(wǎng)段中包含的站點(diǎn)越多，每個(gè)站點(diǎn)可用的帶寬就越小。

2.共享總線體系結(jié)構(gòu)

共享總線體系結(jié)構(gòu)如圖2.6所示，它基于一個(gè)典型的經(jīng)典局域網(wǎng)中的集線器。每個(gè)站點(diǎn)都接入該集線器的一個(gè)以太網(wǎng)模塊，而該模塊連接到一個(gè)以太網(wǎng)背板。在此，背板的作用與以太網(wǎng)集線器相同。在經(jīng)典以太網(wǎng)中，每個(gè)站點(diǎn)都要和其他所有的站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)以太網(wǎng)背板的訪問(wèn)權(quán)。但是，通過(guò)將站點(diǎn)和一個(gè)中心集線器相連，就可使用現(xiàn)有的電話雙絞線連線，而不用再另外鋪設(shè)貫穿整個(gè)建筑物的線纜總線。

3.兩個(gè)分離的局域網(wǎng)

有些集線器具有多個(gè)背板，故可支持多個(gè)網(wǎng)段。圖2.7中的包含兩個(gè)互不相連的背板的集線器，實(shí)質(zhì)上是將兩個(gè)分離的集線器做到一個(gè)模塊里。因?yàn)榧€器不能將一種協(xié)議中的數(shù)據(jù)鏈路幀報(bào)頭轉(zhuǎn)換為另一種協(xié)議的格式，所以多背板集線器仍然不能連接使用不同傳輸協(xié)議的局域網(wǎng)，如以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)。要想組建一個(gè)包含混合型局域網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，需要更高層設(shè)備，如網(wǎng)橋或路由器。

練習(xí)

1.中繼器可以將局域網(wǎng)擴(kuò)展到任意長(zhǎng)度。判斷正誤。

2.中繼器也會(huì)復(fù)制錯(cuò)誤。判斷正誤。

3.中繼器可以將一個(gè)10Base-2網(wǎng)段和一個(gè)10Base-5網(wǎng)段連接在一起。判斷正誤。

4.集線器只將數(shù)據(jù)流量送往一組結(jié)點(diǎn)中的一個(gè)。判斷正誤。

5.以太網(wǎng)集線器使用100Base-T線纜。判斷正誤。

6.畫(huà)出用中繼器連接局域網(wǎng)網(wǎng)段的圖，并以此說(shuō)明5/4/3規(guī)則。

7.使用3個(gè)中繼器的10Base-2網(wǎng)段的最大作用距離是多少？

8.說(shuō)明集線器為什么不能連接兩種不同類(lèi)型的局域網(wǎng)，如以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)。

補(bǔ)充練習(xí)

1.使用Web調(diào)查生產(chǎn)中繼器、集線器的廠商，并列出其相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范。

2.使用搜索引擎查找EIA/TIA-568布線標(biāo)準(zhǔn)，并學(xué)習(xí)和討論。