【计算机网络-28】集线器

集线器 (Hub)

集线器 (Hub) 是一种用于局域网（LAN）中的网络设备，它的主要作用是将多个网络设备连接在一起，实现数据的传输和共享。集线器工作在OSI模型的物理层，因此也被称为“物理层设备”。

集线器接收来自一个设备的数据包，然后将该数据包广播到所有其他连接到集线器的设备上。由于集线器没有智能，它无法区分设备，也不会进行任何数据的过滤或管理。它简单地将接收到的信号重复发送到网络上的所有设备。

集线器的工作原理

1. 数据接收：

   • 集线器接收到一个设备发送的数据帧（信号），该信号通常会通过一条物理链路传输到集线器。

2. 信号广播：

   • 集线器会将接收到的信号广播到它的所有端口（连接的设备），不管这些端口是否需要接收该数据。也就是说，集线器无法识别接收方是谁，只是盲目地转发信号。

3. 设备接收信号：

   • 连接到集线器的所有设备都会收到这条信号，其中只有目标设备会处理这个信号，其他设备会忽略它。

集线器的类型

1. 主动集线器（Active Hub）：

   • 主动集线器能够放大和转发信号。它可以增加信号的强度，克服长距离传输中的衰减问题。它通常具有电源供应，并且能够支持多台设备的连接。

2. 被动集线器（Passive Hub）：

   • 被动集线器仅仅是连接线的物理接口，不对信号进行处理或放大。它只是简单地提供物理连接，数据通过它传输，但信号的衰减和损失不会被修复。

3. 智能集线器（Intelligent Hub）：

   • 智能集线器不仅提供物理连接，还可以监控网络流量，提供更高级的功能，比如数据流量管理和设备故障检测。

集线器的优缺点

优点

1. 简单易用：

   • 集线器是一种简单且廉价的设备，使用和安装都非常容易。它只需要将各设备通过网络电缆连接到集线器上，便可实现通信。

2. 扩展性强：

   • 可以通过增加更多的集线器来扩展网络的规模。集线器一般可以支持多个设备，且能够通过串联多个集线器连接更多设备。

3. 广泛兼容：

   • 集线器能够与几乎所有类型的网络设备兼容，例如计算机、打印机、路由器等。

缺点

1. 带宽共享：

   • 所有连接到集线器的设备共享同一带宽。因为集线器将信号广播到所有设备，所以网络中越多的设备，带宽越分散，导致网络性能下降。

2. 无智能处理：

   • 集线器不具备任何数据过滤或管理功能。它无法根据目标地址（如MAC地址）判断数据帧的去向，只会将信号广播到每个端口，浪费带宽和增加网络冲突的可能性。

3. 网络冲突：

   • 由于集线器将信号广播给所有设备，因此当多个设备同时发送数据时，容易发生冲突（Collision）。每个设备必须等待网络空闲才能发送数据，这会降低网络效率。

4. 安全性差：

   • 由于集线器会将数据广播到所有端口，网络中的所有设备都能看到其他设备的数据包，因此安全性较差，容易遭受数据窃听和网络攻击。

集线器与交换机的比较

• 工作层次：

  • 集线器工作在物理层，只进行信号的放大和广播。交换机工作在数据链路层（Layer 2），能够根据MAC地址进行智能转发，减少冲突。

• 数据转发方式：

  • 集线器将接收到的数据广播到所有端口，所有设备都收到该数据。交换机只将数据转发到目标设备对应的端口。

• 性能：

  • 集线器由于广播所有数据，网络中的设备共享带宽，容易产生冲突，网络效率低。交换机通过避免广播来减少冲突，每个端口都能独立传输数据，性能远高于集线器。

• 网络拓扑：

  • 集线器一般用于简单的网络拓扑，适用于小型网络或低带宽的网络环境。交换机则适用于大型企业级网络或高带宽需求的环境。

集线器的应用场景

1. 小型局域网（LAN）：

   • 在早期的局域网中，集线器是常用的设备。它们适用于设备较少、数据传输需求不高的环境。

2. 实验室或临时网络设置：

   • 集线器由于其低成本和简单性，常被用于实验或临时的网络配置。

3. 网络拓扑建设：

   • 集线器也可以作为网络拓扑设计中的一个组成部分，尤其是在需要多个设备相互连接时。

总结

• 集线器是一种简单的物理层设备，用于将多个设备连接到一起，实现数据的传输。
• 它的主要作用是信号放大与广播，但由于没有智能处理，容易引起带宽共享、数据冲突等问题，因此在现代网络中逐渐被交换机所取代。
• 尽管如此，集线器仍然适用于一些小型、低带宽的网络环境，或作为测试设备和临时配置的工具。