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集线器的故障现象及分析处理

发布于：2022-11-01 16:30:01 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：集线器

集线器(HUB)或交换机(Switch)是局域网中用得最为普及的设备。一般情况下，它们为用户查找网络故障提供方便，如通过观察与HUB(或Switch)连接端口的指示灯是否发亮，可以判断网络连接是否正常。对于10/100Mb/s自适应HUB(或Switch)而言，还可通过连接端口指示灯的不同颜色来判断被连接的电脑是工作在10Mb/s状态下，还是100Mb/s状态下。所以，在大多数应用场合，HUB(或Switch)的使用是有利于网络维护的。但是，因为HUB(或Switch)的使用不当或自身损坏，都将给网络的连接带来问题。

[故障现象]
将网络从10Mb/s升级到100Mb/s后，网络无法正常工作。

[故障分析处理]
在局域网中，当网络的连接范围较大时，可通过HUB之间的级联扩大网络的传输距离。在10Mb/s网络中最多可级联四级，使网络的最大传输距离达到600m。但当网络从10Mb/s升级到100Mb/s或新建一个100Mb/s的局域网时，如果采用普通的方法对100MHUB进行连接将使局域网络无法正常工作。众所周知，在100Mb/s网络中只允许对两个100Mb/s的HUB进行级联，而且两个100Mb/sHUB之间的连接距离不能大于5m，所以100Mb/s局域网在使用HUB时最大距离为205m。如果实际连接距离不符合以上要求，网络将无法连接。这一点要引起足够重视，否则在用户规划网络时很容易造成严重的错误。

[故障现象]
某单位自行组建一个局域网，使用了两个16口(还带一个级联端口)的10M共享式集线器，所有电脑通过HUB与总机房的HUB相连。其中HUBA通过级联端口连接到HUBB的第16个端口上，HUBB通过级连端口连接到总机房的HUB上，其他端口分别连接工作站。整个工作站使用静态IP地址，其值分别为192．168．0．2、192．168．0．3……依次类推，192．168．0．1分配给NT服务器使用，每台电脑(包括服务器)的子网掩码全部为255．255．255．0。在正式连接服务器前每设置一台工作站，都使用Ping命令进行测试，结果全部都连通，而且HUB A所连接的工作站全部也能用Ping命令与HUB B所连接的工作站相通。但是，当连入了服务器后，只有HUB B所连接的工作站能够登录服务器，而HUBA所连接的工作站却无法登录。

[故障分析处理]
通过观察电脑上网卡的指示灯，以及两个HUB上各端口的指示灯，除发现HUBB的第16个端口与HUB A的级联端口对应的指示灯不亮外，所有网卡和其他端口的指示灯都均匀发亮，说明电脑与HUB之间的连接均正常，因此问题极有可能是出在HUBA的级联端口与HUB B的第16个端口上。按照这种情况，开始怀疑在HUB A的级联端口和HUB B的第16个端口中至少有一个端口是坏的。为了进一步确认其端口是坏的，可将两个HUB的位置进行的调换，但结果依然如旧。接下来试着把连接HUB A级联端口的双绞线插在了HUB B的别处的一个普通端口上，结果问题解决了，网络中所有的工作站都能与服务器连通，而且两个HUB所连接的工作站都能相互得到响应。由此可以看出，有些HUB的级联端口和与之紧靠的一个端口不是独立的两个端口，而应属于同一个端口(虽然存在两个独立的物理端口)。以前的许多HUB是使用了一个拨动开关在两个端口之间进行级联端口的选择，而在随后推出的产品中却省了这个开关，但如果将其中一个端口作为级联端口使用，另一个端口将无效。

[故障现象]
一台连接两幢楼的HUB经常烧坏，有时候一个月之中就要坏三四次。

[故障分析处理]
经测试，其中A楼的电源系统已经老化，零线绝对电压是30V，火线绝对电压是 250V，而用万用表量电压还是220V；UB到B楼HUB，则两个HUB要承受30V的电势差，很可能因此而损坏。解决的办法很简单，只需在A楼的交换机房接一根地线即可。
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。
这种广播发送数据方式有两方面不足：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。
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。

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。
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。
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。
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。

（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，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。
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。
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 toRS-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"。
（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。
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。
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。
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。
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。
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；另一种是让集线器垂直放置。
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；另一种是把集线器垂直安装在墙上时。
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。

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。
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。

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