集线器

集线器的英文称为“Hub”。“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。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议）介质访问控制机制。

集线器（hub）属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。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，如图所示，简单明了。
这种广播发送数据方式有三方面不足：（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，加上其共享带宽方式（如果两个设备共享10M的集线器，那么每个设备就只有5M的带宽），就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。（3）非双工传输，网络通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信，而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求。
正因如此，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，发展到了今天的具有堆叠技术的堆叠式集线器，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中或者中小型公司作为分支网络使用。
HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。大多数的时候它用在星型与树型网络拓扑结构中，以RJ45接口与各主机相连（也有BNC接口），HUB按照不同的说法有很多种类。
HUB按照对输入信号的处理方式上，可以分为无源HUB、有源HUB、智能HUB。
无源HUB：它是最次的一种（词土了点儿^_^)，不对信号做任何的处理，对介质的传输距离没有扩展，并且对信号有一定的影响。连接在这种HUB上的每台计算机，都能收到来自同一HUB上所有其它电脑发出的信号；
有源HUB：有源HUB与无源HUB的区别就在于它能对信号放大或再生，这样它就延长了两台主机间的有效传输距离；
智能HUB：智能HUB除具备有源HUB所有的功能外，还有网络管理及路由功能。在智能HUB网络中，不是每台机器都能收到信号，只有与信号目的地址相同地址端口计算机才能收到。有些智能HUB可自行选择最佳路径，这就对网络有很好的管理。

集线器（HUB）属于数据通信系统中的基础设备，具有流量监控功能。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。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网(LAN)环境，像网卡一样，应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联，当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，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。
普通集线器外部板面结构非常简单。比如D--Link最简单的10BASE~T EthernetHub集线器是个长方体，背面有交流电源插座和开关、一个AUI接口和一个BNC接口，正面的大部分位置分布有一行17个RJ--45接口。在正面的右边还有与每个RJ--45接口对应的LED接口指示灯和LED状态指示灯。高档集线器从外表上看，与现代路由器或交换式路由器没有多大区别。尤其是现代双速自适应以太网集线器，由于普遍内置有可以实现内部10Mb/s和100Mb/s网段间相互通信的交换模块，使得这类集线器完全可以在以该集线器为节点的网段中，实现各节点之间的通信交换，有时大家也将此类交换式集线器简单地称之为交换机，这些都使得初次使用集线器的用户很难正确地辨别它们。但根据背板接口类型来判别集线器，是一种比较简单的方法。

依据IEEE 802．3协议，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”。
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。

按结构和功能分类，集线器可分为未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。
(1)未管理的集线器
最简单的集线器通过以太网总线提供中央网络连接，以星形的形式连接起来。这称之为未管理的集线器，只用于很小型的至多12个节点的网络中(在少数情况下，可以更多一些)。未管理的集线器没有管理软件或协议来提供网络管理功能，这种集线器可以是无源的，也可以是有源的，有源集线器使用得更多。
(2)堆叠式集线器 
堆叠式集线器是稍微复杂一些的集线器。堆叠式集线器最显著的特征是8个转发器可以直接彼此相连。这样只需简单地添加集线器并将其连接到已经安装的集线器上就可以扩展网络，这种方法不仅成本低，而且简单易行。
(3)底盘集线器
底盘集线器是一种模块化的设备，在其底板电路板上可以插入多种类型的模块。有些集线器带有冗余的底板和电源。同时，有些模块允许用户不必关闭整个集线器便可替换那些失效的模块。集线器的底板给插入模块准备了多条总线，这些插入模块可以适应不同的段，如以太网、快速以太网、光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data Interface，FDDl)和异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)中。有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。有源的底盘集线器还可能会有重定时的模块，用来与放大的数据信号关联。
按类型分类
从局域网角度来区分，集线器可分为五种不同类型。
(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
该集成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。

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。
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，因为网络越大，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。
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。