集线器：定义、功能、原理与选型指南
集线器：定义、功能、原理与选型指南
集线器（Hub）是计算机网络中常见的基础设备之一，主要用于连接多个网络节点，实现信号的转发和放大。本文将详细介绍集线器的定义、功能、工作原理、应用、分类以及选型指南，帮助读者全面了解这一重要的网络设备。
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（即带冲突检测的载波监听多路访问技术)介质访问控制机制。集线器每个接口简单的收发比特，收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测。
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。
工作原理
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，子网段2和子网段4是用来延长距离的。
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。
应用
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，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。
分类
(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。这类集线器通常都采用机箱形式。
(5)交换式集线器
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。
随着技术的发展，在局域网尤其是—些大中型局域网中，集线器已逐渐退出应用，而被交换机代替。集线器主要应用于一些中小型网络或大中型网络的边缘部分。
选型指南
下面以中小型局域网的应用为特点，介绍其选择方法。
速度
集线器速度的选择，主要决定于以下3个因素。
(1)上联设备带宽
如果上联设备允许跑100Mbit/s，自然可购买100Mbit/s集线器；否则10Mbit/s集线器应是理想选择，由于是对于网络连接设备数较少，而且通信流量不是很大的网络来说，10Mbit/s集线器就可以满足应用需要。
(2)提供的连接端口数
由于连接在集线器上的所有站点均争用同一个上行总线，所以连接的端口数目越多，就越容易造成冲突。同时，发往集线器任一端口的数据将被发送至与集线器相连的所有端口上，端口数过多将降低设备有效利用率。依据实践经验，一个10Mbit/s集线器所管理的计算机数不宜超过15个，100Mbit/s的不宜超过25个。如果超过，应使用交换机来代替集线器。
(3)应用需求
传输的内容不涉及语音、图像，传输量相对较小时，选择10Mbit/s即可。如果传输量较大，且有可能涉及多媒体应用(注意集线器不适于用来传输时间敏感性信号，如语音信号)时， 应当选择100Mbit/s或10/100Mbit/s自适应集线器。10/100Mbit/s自适应集线器的价格一般要比100Mbit/s的高。
中继器
集线器（Hub）是一种特殊的中继器，可作为多个网段的转接设备，因为几个集线器可以级联起来。智能集线器，还可将网络管理、路径选择等网络功能集成于其中。 集线器是管理网络的最小单元，是局域网的星型连接点。它对工作站进行集中管理，不让出问题的区段影响整个网络的正常运行。Hub是局域网中应用最广的连接设备，若按配置形式可分为独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器三种，它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。
主要规格有8，16，24端口的集线器。
对于最普通最常用的星型拓扑结构来说，集线器(HUB)是心脏部分，一旦它出 问题，整个网络便无法工作，所以它的好坏对于整个网络来说都是相当重要的。