计算机网络-物理层设备（中继器 集线器）

中继器

中继器的功能

中继器的主要功能是对信号进行再生和还原。

中继器是一种工作在OSI模型物理层的网络设备，它的主要作用是通过重新发送或转发数据信号来扩大网络传输的距离。具体来说，中继器的功能包括：

• 信号再生：中继器能够接收到的信号并进行复制，然后发送到另一个节点。这个过程中，中继器会对信号进行重新生成，以确保信号的质量，使其适合于下一个传输阶段。
• 信号还原：由于信号在传输过程中会衰减，中继器可以放大这些信号，以保持其强度，从而延长信号的有效传输距离。
  延长网络长度：通过上述功能，中继器有助于延长网络的长度，使得信号可以在更远距离上传输，从而扩展网络的覆盖范围。

再生数字信号和再生模拟信号

再生数字信号的设备主要是数字中继器，而再生模拟信号的设备则是模拟放大器。具体如下：

• 数字中继器：数字中继器的主要功能是对数字信号进行再生和还原。它接收并识别数字信号后，重新进行编码发送。这个过程不仅涉及放大信号，更重要的是对信号的整形和定时，确保信号元的定时、波形和幅度均符合规定的标准。
• 模拟放大器：模拟放大器的作用是放大模拟信号。它的工作原理是将衰减的信号进行放大，以补偿传输过程中的信号损失。放大器主要用于模拟信号的传输，而中继器则用于数字信号的传输。

同一个协议

中继器两端的网段必须是同一个协议，这是因为中继器工作在OSI模型的物理层，它的主要功能是放大和整形信号，而不涉及任何高层协议的处理。

以下是中继器两端网段必须使用同一协议的几个原因：

• 信号处理：中继器的主要作用是在物理层面上对信号进行再生。它接收信号，将其放大、整形后再发送出去。这个过程要求信号的基本特性，如传输速率、信号编码方式等保持一致。
• 通信标准：网络通信标准规定了信号的延迟范围，中继器只能在规定范围内使用，否则会出现网络故障。如果两端的协议不同，可能会导致信号无法正确识别和处理，从而引发网络故障。
• 设备兼容性：中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。网段是指在物理层面上可以直接通信的网络部分，而子网则涉及到网络层的划分。中继器作为物理层设备，其功能局限于网段内的通信，因此两端的网段必须是同一个协议，以确保设备的兼容性和网络的稳定性。
• 避免数据丢失：如果中继器两端的网段使用不同的协议，那么在信号传输过程中可能会出现数据丢失或错误的情况。因为不同的协议可能有不同的数据传输速率、帧格式等特征，这些差异会导致信号在传输过程中无法被正确解析和转发。（即存储转发）
  中继器可以连接不同媒体的原因主要在于它们能够完成不同媒介之间的信号转接工作。

中继器的基本功能是在物理层面上放大和整形信号，以便延长信号的传输距离。虽然大多数情况下中继器两端连接的是相同的通信媒介，但有些中继器设计有能力将一种媒介的信号转换为另一种媒介的信号。例如，一个中继器可能将光纤信号转换为双绞线信号。这种能力使得中继器在网络设计中具有更大的灵活性，能够满足不同网络环境的需求。

然而，尽管中继器可以在不同媒体之间进行转接，它们仍然受到一些限制：

• 协议限制：中继器两端的网段必须使用相同的协议，因为中继器不具备处理不同协议数据包的能力。
• 速率限制：由于中继器工作在OSI模型的物理层，它不能连接两个具有不同速率的局域网。
• 延迟限制：网络标准中对信号的延迟范围作了具体规定，中继器只能在规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。

总的来说，中继器能够连接不同媒体是因为它们具备转接不同媒介信号的能力，但这并不意味着它们可以无限制地连接任何类型的网络。在实际应用中，仍需考虑上述的限制因素，以确保网络的稳定性和性能。

不会存储转发的设备两端的网段一定使用相同的协议，这是因为这些设备在设计上不具备处理不同协议之间差异的能力。具体如下：

• 信号处理能力：不会存储转发的设备，如中继器和集线器（Hub），主要功能是放大和整形信号，而不涉及数据链路层及以上层的处理。因此，它们无法识别或转换不同协议的信号。
• 通信标准要求：网络通信标准规定了信号的延迟范围，中继器等设备只能在规定范围内使用，否则会出现网络故障。如果两端的网段使用不同的协议，可能会导致信号无法正确识别和处理，从而引发网络故障。
• 技术限制：这类设备通常只能连接同构网络（同一网段），不能连接异构网络（不同网段）。因为它们无法处理不同网络类型之间的地址系统和底层硬件接口的差异。
• 性能考虑：直通交换方法不需要进行存储和转发操作，可以更高效地利用交换机的资源，提高交换机的吞吐量。而存储转发交换需要进行数据的存储和转发，会占用交换机的资源，降低交换机的吞吐量。

5-4-3规则是任何两台电脑间最多不能超过5个网段，其中可以包括集线器到集线器的连接线缆以及集线器到电脑间的连接线缆。这意味着信号在传输过程中最多只能通过4个集线器或中继器进行转发。在这些网段中，只有3个可以直接与电脑或其他网络设备连接。

• 5个网段：在一个网络中，最多可以有5个网段。这是由于当时的技术限制，超过5个网段可能会导致网络性能下降或不稳定。
• 4个中继器：连接这些网段的中继器数量不能超过4个。中继器的作用是对信号进行放大和整形，但过多的中继器可能会导致信号质量下降。
• 3个节点：在任何3个网段中，只能有3个节点可以连接设备。这是为了保证网络的可靠性和避免过多的广播流量。

规定范围内就是说个数限制，否则由于中继器再生还原需要时间，并且如果经过太多中继器，那么需要时间更多，导致延迟过大，从而有网络故障

集线器（多口中继器）

集线器的主要功能包括信号的放大与再生、帧广播以及冲突检测与处理。具体如下：

• 信号的放大与再生：集线器能够对接收到的信号进行放大和整形，这样可以去除信号在传输过程中可能出现的衰减，确保数据能够可靠地传输到更远的距离。
• 帧广播：集线器将接收到的数据帧广播到所有其他连接的接口，这意味着局域网内的所有节点都能够接收到数据帧，从而实现节点间的互相通信。
• 冲突检测与处理：在网络传输过程中，如果多个节点同时发送数据，可能会产生碰撞，导致数据丢失。集线器具备检测这种冲突的能力，并能通过退避算法等方式解决冲突，以减少数据丢失的风险。

不具备定向传输的原因

集线器的设计原理是基于星型拓扑结构，它接收到信号后，会将信号放大并进行整形，然后广播到所有其他连接的端口。这种广播机制意味着所有连接到集线器的设备都会接收到相同的数据包，而不是根据数据包的目的地址进行选择性传输。

集线器是共享式设备的原因

集线器是共享式设备，因为它在工作时所有端口共享同一通信通道。

首先，集线器工作在OSI模型的物理层，它的主要功能是对信号进行放大和整形，以延长网络的传输距离。集线器内部只有一条通道，即公共通道，所有端口都连接在这个通道上。当一个端口在发送数据时，其他端口必须处于等待状态，因为集线器会将数据广播到所有端口，而不仅仅是目标端口。这种设计使得在任何时刻，只有一个设备能够使用通信通道进行数据传输。

其次，由于集线器的共享性质，它在网络负载较重的情况下效率较低。在繁重的网络中，多个设备同时尝试发送数据会导致冲突和数据包丢失，从而降低网络的整体性能。相比之下，交换机能够为每个端口提供独立的带宽，并且能够根据MAC地址进行数据包的定向传输，从而大大提高了网络的效率和性能。

集线器的所有接口都处于同一个碰撞域（冲突域）内的原因

集线器的所有接口都处于同一个碰撞域（冲突域）内，这是因为它的工作方式和设计原理决定的。

首先，集线器工作在OSI模型的物理层，它的主要功能是接收和转发数据包，而不是像交换机那样根据数据包的目的地址进行智能转发。这意味着当一个设备发送数据时，集线器会将这个数据包广播到所有其他连接的设备，而不是仅仅发送给目标设备。这种广播机制导致所有连接到集线器的设备共享同一通信介质，因此它们都处于同一个冲突域内。如果两个或多个设备同时发送数据，就可能发生碰撞，即数据包在传输过程中相互干扰，导致数据丢失或损坏。

其次，冲突域是指在一个网络区域内，如果两个设备同时进行数据传输，则可能会发生冲突的区域。在集线器中，由于所有设备共享同一通信介质，因此整个网络被视为一个冲突域。这意味着在同一时刻只能有一台设备进行通信，否则就会发生冲突。此外，集线器也不具备隔离广播域的能力，因为所有的端口都在同一个广播域内，任何广播数据包都会被发送到所有端口。

平分带宽：如果一定要同时通信的话，就会使得工作主机平分带宽，即集线器每次广播的带宽大小不变，但是其是由各个工作主机发送的数据组成的。且其各自大小平分带宽。此时传输效率很低，因为是原来带宽的平分

小结

集线器和中继器是两种常见的网络硬件设备，它们在网络中扮演着不同的角色。具体如下：

• 中继器（Repeater）：中继器工作在OSI模型的物理层，它的主要功能是接收网络上的信号，放大和整形后再发送出去，以此来延长信号的传输距离。中继器通常只有两个端口，用于连接两段网络电缆。它的使用遵循“5-4-3规则”，即在一个网络中最多可以有5个网段、4个中继器，并且其中只能有3个网段用于连接主机。
• 集线器（Hub）：集线器也工作在物理层，但与中继器不同，它是一个多端口的转发器，可以将接收到的信号广播到所有其他端口。集线器通常有4至20个或更多的端口，用于连接多个设备。集线器不具备智能转发功能，也就是说它不知道数据包应该发送到哪个特定设备，而是简单地将数据包发送给所有连接的设备。

总的来说，中继器主要用于信号的增强和传输距离的延伸，而集线器则用于连接多个网络设备，并将信号广播到所有连接的设备。