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【视频】集线器工作原理(总线型拓扑冲突域环境)

本章关键词:

  • 集线器:Hub
  • 总线型拓扑:Bus Topology
  • 冲突域:Collision Domain

 

【视频讲解】集线器、总线型拓扑、冲突域

如果手机观看没流量的,下面也有文字讲解。

 

集线器是什么

集线器,是一种多接口的网络扩展设备,常用于连接电脑,或多台集线器互联扩展网络规模。它的接口一般都较少,4/8/12口的集线器较多见。连在同一个集线器上的设备之间配置同一个IP网段是可以互通的。

集线器Hub

 

关于总线型拓扑

总线型拓扑是一种早期常用的组网结构,它是共享带宽的一种网络结构。

早期总线型拓扑组网结构如下图:

由BNC网卡、BNC三通头、同轴电缆、信号终结器一起配合使用,在电脑上安装BNC网卡,同轴电缆两端为BNC母头,然后拧到BNC网卡和BNC三通头上,再用同轴电缆互联BNC三通头扩展网络结构,在总线拓扑的两端使用信号终结器接地线做防信号反弹处理。

早期总线型拓扑组网结构

这种早期的总线型组网结构已经淘汰了,现在的电脑配备的都是RJ45网卡,连接网线,所以就可以使用集线器和交换机等设备来讲多台电脑连接在一起。如下图;

虽然使用了网络设备,但集线器还是工作在总线型的模式下。

集线器连接

不管是早期使用同轴电缆互联的总线型拓扑,还是现今使用集线器互联的总线型拓扑,都有如下特点:

  1. 组网成本较低
  2. 技术要求不高
  3. 共享带宽
    • 大家共同使用一条线,因为当一台设备发送信号时,其他所有设备都要等它发完才可以发。
  4. 不利于扩展网络
  5. 数据冲突严重
    • 因为大家共用一条线,如果两台设备同时发信号,这两个信号会在线路中碰撞,产生信号冲突。
  6. 数据处理的延迟高
  7. 不容易对网络流量制定策略
  8. 管理维护困难

所以我们不建议在有条件的情况下使用总线型拓扑组件网络。

话句话说,企业里尽量不要使用集线器来组网。

 

冲突域

上面说到总线型拓扑的特点时,有“共享带宽”和“数据冲突严重”这两点。因为总线型拓扑工作在以太网环境下,而且总线型就是一个容易冲突的半双工工作环境,这种半双工环境下的电脑网卡一次只能做一件事,要么发数据,要么收数据。

为了维持以太网的工作秩序,在以太网里默认会有一套CSMA/CD的工作机制,基本工作原理如下:

一台电脑在发送数据信号前,会先监听网络是否有其他电脑在发数据;

如果有其他设备在发数据,它就会等待发完,线路空闲自己再发;

如果监听到线路空闲,没有其他设备在发数据,那自己就可以开始发数据;

如果两台电脑都监听到网络是空闲的,同时发出数据,就会造成数据信号冲突;

如果造成了数据冲突,这个数据会退回电脑中,各自重新监听,并等待一个随机时间再尝试发送;

随机时间过后,如果线路被占用则继续等待,如果线路空闲就可以开始发送数据。

所以冲突域的概念就是:某台电脑在网络里发送了一个数据,被我这个数据影响而不能发数据的所有电脑和这台发数据的电脑就工作在同一个冲突域中。

 

集线器的工作原理

集线器就是一个典型的总线型拓扑组网设备。

集线器工作在TCP/IP协议栈的物理层,它并不是一台智能设备,它无法像交换机和路由器那样对数据进行基于协议栈的封装和解封装,它只能处理到物理层的电平信号。

之所以说集线器是总线型组网设备,是因为集线器的内部芯片结构就是一条总线,它的所有接口都是以太网接口,用网线连接电脑。

当一台电脑发送了一个数据进到集线器,集线器收到后是无法识别数据格式的,只能判定收到了一些电平信号,它会将这些电平信号从这台集线器的其他所有接口都复制一份发出去,所以其他接口下连的设备都不能发数据,只能接收,如果同时发的话,同样会造成冲突。

 

集线器的组网拓扑,以及错误的组网方法

第1种组网方法:单台

这是一种常用的组网方式,所有终端都用网线直接连在集线器上。

单台集线器组网拓扑

单台集线器组网拓扑

 

第2种组网方法:多台集线器级联

当你的终端数量过多时,可以使用使用多台集线器,然后将多台集线器用网线互连起来。

集线器互连

级联方法1:集线器互连

集线器扩展级联

级联方法2:集线器扩展级联

 

错误的连接方法:环路

因为集线器无法判断数据的来源和目的,只会基于电平信号向所有接口发。

如果按照下面的连接方法,左边集线器将信号发到上面的集线器,上面设备再发到右边集线器,右边的再发到左边的集线器,而且会不停的再里面环绕。这样所有的设备都会监听到线路是忙碌的,都无法发数据,这样网络的性能会大大的下降。

集线器连成环路

集线器连成环路

 

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