网络学堂之九：集线器的安装与连接
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BNC T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
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，可实现双绞线和细同轴电缆两个采用不同通讯传输介质的网络之间的连接。这种双接口的特性可用于兼容原有的细同轴电缆网络（10Base-2），并可实现逐步向主流的双绞线网络（10Base-T）的过渡，当然还可实现与远程细同轴电缆网络（少于185米）之间的连接，下图5所示的是一种通过集线器所带有的BNC接口与双绞线RJ-45接口连接两种不同传输介质网络的网络连接示意图。
图5
同样，如果两个网络之间的距离大于100米，使用双绞线不能实现两个网络之间的连接时，这时也可以通过集线器的BNC端口利用细同轴电缆传输将两个输网络连接起来，而两个网络都可以仍采用双绞线这种廉价、常见的传输介质，如图6所示。不过要注意的是这两个网络之间的距离仍不能大于185m。
图6
（3）AUI端口
AUI端口可用于连接粗同轴电缆的AUI接头，因此这种接口用于与粗同轴电缆网络的连接，它的示意图如图7所示，目前带有这种接口的集线器比较少，主要是在一些骨干级集线器中才具备。
图7
由于采用粗同轴电缆作为传输介质的网络造价较高，且布线较为困难，所以，实践中真正用于粗同轴电缆进行布线的情况已十分少见。不过，由于单段粗同轴电缆的（10Base-5）所支持的传输距离高达500米，因此，完全可以使用粗同轴电缆作为较远距离网络之间连接的通讯电缆。因此，也可以作为一种廉价的远程连接解决方案。连接图参照上图6所示，所不同的这里所采用的网络间的连接介质为粗同轴电缆。
||||||借助于收发器，AUI端口也可实现与RJ-45接口、BNC接口甚至光纤接口的连接。下图8所示的从左至右分别为：AUI to RJ-45收发器（用于实现AUI端口与RJ-45接口的连接）、AUI to BNC收发器（用于实现AUI端口与BNC接口的连接）、AUI to ST收发器（用于实现AUI端口与光纤接口的连接）。当然这种收发器种类还有许多，如RJ-45 to RS-232、RJ-45 to BNC等。不过千万不要小看这小小的玩意儿，猜一下其价格，我想多数情况下您是会把它看扁了，我第一次购买时也是怎么也想不通的这个价格的，但问了许多家（还真难找），我才明白我得接受这个价格事实。一般来说这种产品，正品的要130元左右，是不是出乎您的意料呢？这种转接口收发器主要品牌有：D-Link、HP等。这种产品起到一个接口类型转换的作用（当然不是电缆连接这么简单，需要通过一定电路来完成的），所以通常称之为"转接器"。
图8
（4）集线器堆叠端口
这种端口当然是只有可堆栈集线器才具备的，它的作用也就是如它的名字一样，是用来连接两个可堆栈集线器的。一般来说一个可堆栈集线器中同时具有两个外观类似的端口：一个标注为"UP"，另一个就标注为"DOWN"，在连接时是用电缆从一个集线器的"UP"端口连接到另一个可堆集线器的"DOWN"端口上，都是"母"头，所以连接线端就必须都是"公头"了，不过这种连接线是购买可堆栈集线器时厂家就会为您提供的，如果损坏或丢失，也可直接在电脑城做一条，只要对商家讲明用途即可，端口示意图如下图9所示。
图9
2. 集线器的安装
集线器的安装相对简单，尤其是傻瓜集线器，只要将其固定在配线柜并插上电源线即可。需要连接哪根双绞线，就把哪根双绞线的RJ-45头插入至集线器端口即可。智能集线器虽然也是固定好就能行使用，不过，如果想实现远程管理，就必须进行必要的配置，为集线器指定IP地址信息。另外在一些大的网络中一般都采用机架式集线器，这样就涉及到集线器的机架安装了。
集线器从结构上来讲有机架式和桌机式的两种，一般部门用的集线器是采用桌面式；企业机房通常采用机架式。机架式集线器便于固定在一个固定的地方，一般是与其它集线器、交换机，还有的与服务器安装放在一个机柜中，这一样一来一则便于网络的连接与管理，同时也节省上设备所占用的空间。如果您在选购时所选购的是机架式的集线器时，您可以选配集线器机架（一般为厂家提供）。下面我们就来看一下机架式集线器的安装。
机架式的集线器一般都是与其它设备一起安装在机柜中，这些机柜当然在业界都有相应的结构标准的，特别是在尺寸方面有严格的规定（如宽度，1U（单元）的高度等），这样所有设备都可以方便、美观地安装在一起，这就是为什么集线器里面空空的，却非要做得一样大的原因所在，当然机箱大也有另一方面好处，那就是可以更好地散热。
在国际标准机柜从宽度上大致可分19英寸、23英寸和24英寸三类，这主要是根据服务器机柜的要求而定的。根据安装设备数量的不同，还可以选择不同高度的机柜。机柜的高度通常以"U"作为单位，"U"其实就是"Unit"的意思，中文的意思就是"一单元"，1U=1.75英寸。这种机柜的安装通常主要按以下几步来进行。
第1步： 固定安装支架
在将集线器安装至机柜之前，应当先在集线器规定位置上安装固定支架（这要参照操作手册进行），这是为以后将集线器安装在机架上作准备。不同的集线器，所安装的支架有较大的差异，不过，安装原理基本上是一致的。图10所示的是Cisco集线器随机提供的一种安装支架。
图10
Cisco公司网络设备的尺寸大多为19英寸（因为19英寸是国际上最为流行的机柜标准），当将19英寸的网络设备安装至19英寸机柜时，安装支架的固定方式如图11所示。当将机柜的尺寸为23或24英寸时，网络设备就需要安装至23或24英寸机柜中，安装支架的固定方式就要如图12所示。
图11
图12
第2步： 固定设备
安装支架固定好之后，接下来要做的就是把安装好支架的集线器设备放入机柜相应位置，并且固定在机柜中了。其实这种安装方法很容易，实际上只是固定几个镙钉即可，安装方式参照图13所示。
图13
||||||第3步： 固定导线器
将集线器安装至机柜后，就要进行网线连接了，在一个机柜中一般来说有好几个网络设备在地起，这样也就有许多条网线集中在这个机柜中，如果这些网线不理清楚的话对网络管理会带来非常大的不便，为此我们就需要对网线进行捆绑安装、整理。这时一般就要为网线安装导线器，从而使成束地网线变得整齐和美观，且易于管理。导线器的安装方式如图14所示。
图14
上面我们介绍了机架式集线器安装在机柜中的方法，这一般适用于较大网络中，对于小型办公室，通常没有机柜，集线器只能安装在桌面或墙面上。
集线器在桌面上的安装，可先固定安装支架在桌面上，这种安装方式要注意又有两种不同的安装方向：一种是让集线器水平放置的水平安装方式，如图15为水平固定方式；另一种是让集线器垂直放置，它的支架固定方式如图16所示。
图15
图16
集线器在墙面上安装的方法同样有两种方式：一种是把集线器水平固定在墙上，则可采用如图17所示的安装方法；另一种是把集线器垂直安装在墙上时，则要按图18所示方式安装。
图17
图18
三、集线器的连接
集线器的连接虽然简单，基本上不需什么配置，但是通过对它的连接原理的理解，可以更好地利用集线器，满足中、小型网络应用需求。在正式介绍集线器的连接方法前，先来了解一下集线器的信号转发原理。
1. 集线器的信号转发原理
集线器工作于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层的MAC（介质访问控制）子层。物理层定义了电气信号，符号，线的状态和时钟要求，数据编码和数据传输用的连接器。因为集线器只对信号进行整形、放大后再重发，不进行编码，所以是物理层的设备。10M集线器在物理层有4个标准接口可用，那就是：10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F。10M集线器的10BASE-5（AUI）端口用来连接层1和层2 。
集线器采用了CSMA/CD（载波帧听多路访问/冲突检测）协议，CSMA/CD为MAC层协议，所以集线器也含有数据链路层的内容。
10M集线器作为一种特殊的多端口中继器，它在连网中继扩展中要遵循5-4-3规则，即：一个网段最多只能分5个子网段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有三个子网段含有PC，如图19，子网段2和子网段4是用来延长距离的。
图19
集线器的工作过程是非常简单的，它可以这样的简单描述：首先是节点发信号到线路，集线器接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，集线器接收信号后将衰减的信号整形放大，最后集线器将放大的信号广播转发给其他所有端口。
||||||2. 集线器的堆叠
为了使集线器满足大型网络对端口的数量要求，一般在较大型网络中都采用集线器的堆叠或级联方式来解决。但这两种方式的主要应用场合不一样，下面先来介绍堆叠方式。
堆叠方式是指将若干集线器的以电缆通过堆栈端口连接起来，以实现单台集线器端口数的扩充，要注意的是只有可堆叠集线器才具备这种端口，一个可堆叠集线器中一般同时具有"UP"和"DOWN"堆叠端口，参见图9。
集线器堆栈是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台的"UP"堆栈端口直接连接到另一台集线器的"DOWN"堆栈端口。堆栈中的所有集线器可视为一个整体的集线器来进行管理，也就是说，堆叠栈中所有的集线器从拓朴结构上可视为一个集线器。如图20所示的是一款3Com的SuperStack II PS Hub 40/50堆栈集线器的堆栈连接示意图，而图21所示的是Cisco FastHub 300/400堆栈集线器堆栈连接示意图。这种集线器间的连接通常不会占用集线器上原有的普通端口，而且在这种堆栈端口中具有智能识别性能，所以堆栈在一起的集线器可以当作一台集线器来统一管理。集线器堆叠技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆，能够在集线器之间建立一条较宽的宽带链路，这样每个实际使用的用户带宽就有可能更宽（只有在并不是所有端口都在使用情况下）。
图20
图21
采用堆叠的集线器端口扩展方式要受到集线器的种类和间隔距离的限制，首要条件是实现堆叠的集线器必须是可堆栈的；另一个这种堆栈连接一般彼此间隔非常近的向台集线器之间的连接（厂家所能提供的堆栈连接电缆一般是1m的），所以这种集线器端口扩展连接方式受距离限制太大。
||||||3. 级联
级联是另一种集线器端口扩展方式，它是指使用集线器普通的或特定的端口来进行集线器间的连接的。所谓普通端口就是通过集线器的某一个常用端口（如RJ-45端口）进行连接，而所谓特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种"级联端口"，一般都标有"UPLink"字样。因为有两种级联方式，所以事实上所有的集线器都能够进行级联，至少可以通过普通端口进行。下面来分别看看这两种级联方式。
（1）使用Uplink端口级联
"Uplink"级联端口大多数集线器都会带有，如图22所示的就是一款带有"Uplink"端口的集线器。当使用集线器提供的专门用于上行连接的"Uplink端口"时，通常可利用直通跳线的双绞线将该端口连接至其他集线器上除"Uplink端口"外的任意端口。
图22
在这里就要注意了，级联的两台集线器间，级联双绞电缆所连接的下一台集线器的端口不再是我们想象的"UPlink端口"了，而是连接到普通端口上，连接示意图如图23所示。还有一点需要注意的是，有些品牌的集线器（如3Com）利用一个普通端口兼作Uplink端口，并利用一个开关（MDI/MDI-X转换开关）在两种类型间进行切换。如图24所示的为3Com SuperStack II MDI/MDI-X切换开关。
图23
图24
2）使用普通端口级联
集线器间除了可以使用上面介绍的专用级联端口（Uplink端口）进行级连外，还可以通过集线器的普通端口进行级联，不过要注意的是这时所用的连接双绞线要用反线了，就是说双绞线的两端要跳线，反跳的方法就是一端的第1-3与2-6脚下对调，连接如图25所示。
图25
从以上两种集线器端口扩展方式（"堆栈"与"级联"）可以看出堆栈方式实现起来比较困难，投资较大，而且集线器间的距离也受到很大限制。而级联方式相对来说实现起来比较容易，投资也较便宜（带有级联端口的集线器随处都是，而且也不是很贵，况且还可以通过普通端口来实现级联），在距离上也是有很大余地的，可以达到单段双绞线网段的最大距离100m，实现起来比较灵活。但是不得不说明的一点就是堆栈方式在性能方面远比级联方式更具有优势，而且堆栈方式可以实现多台集线器统一管理。
集线器间的级联除了能够增加集线器的端口数量外，还有一个重要作用就是延扩局域网络的范围（其实在同时也扩展了集线器的端口数）。对于10Base-T网络而言，非屏蔽双绞线所能允许的最长传输距离为100米，也就是说，网络范围为以集线器为中心的100m范围，这对于一个较大型的网络来说肯定是远远不够的。这时当计算机与集线器的距离超过100米时，就可以通过在线路的中间加一个集线器的方法来实现距离的扩展，只需要计算机到集线器以及集线器到集线器的距离均小于100米就可以上述解决问题。虽然集线器级连方式有专用"Uplink"端口"方式和"普通端口"方式两种，但从网络连接距离来考虑的话最好选用"Uplink端口方式"，因为这种连接方式可以最大限度的保证下一个集线器的带宽和信号强度，而采用普通端口进行扩展的话信号衰减严重，而且带宽受网络影响较大，这对于有多级级联的网络中是比较注重的，网络扩展示意图如图26所示。
图26
好了，以上介绍的是集线器的通用安装与连接方法，通过本篇的学习，读者一定可以轻松的选择使用集线器这一廉价的网络设备为自己家庭或者企业构建局域网。在下一篇将要介绍小型企业常见的纯集线器星形以太局域网配置方案，这个方案与前面所介绍的对等网最大区别就是在这个网络中使用的是专用网络操作系统，并且配置了专用服务器。当然利用集线器也可组建对等以太网，但配置方法与前面双机对等网配置方法基本一样，本教程就不再另外介绍了，参照即可。
