浅析网络设备之间的连接策略

网络设备之间的连接策略（图）【IT168 专稿】网络设备大致分为集线设备和路由设备两类，而集线设备又划分为集线器和交换机。

当然，交换机又可根据性能划分为多个类别。

虽然不同网络所采用的设备千差万别，拓朴结构也并不相同，但集线器与交换机的连接，以及不同性能交换机之间的连接所遵循的策略却是相同的。

一、交换机连接策略交换机的种类非常多，不同类型的交换机之间在连接时，应当有针对性地采用遵循不同的连接策略，以获得最佳的网络性能。

1. 不对称交换网络连接策略所谓不对称网络，是指由不对称交换机构建的网络。

则不对称交换机，则是指交换机拥有不同速率的端口，或者是10Mbps和100Mbps，或者是100Mbps和1000Mbps。

通常情况下，高速端口用于连接其他交换机或服务器，而低速率端口则用于直接连接计算机或集线器（如图1所示）。

该连接方式同时解决了设备之间以及服务器与设备之间的连接瓶颈，充分考虑了服务器的特殊地位，通过增加服务器连接带宽，可有效地防止服务器端口拥塞的问题，同时，由于交换机之间通过高速端口通讯，可使网络内所有的计算机都平等地享有对服务器的访问权限.2. 对称交换网络连接策略所谓对称网络，是指由对称交换机构建的网络。

对称交换机，是指交换机所有端口拥有相同的传输速率。

对称网络的连接策略非常简单，就是选择其中一台交换机作为中心交换机，然后，将其他所有被频繁访问的设备，如其他交换机、服务器、打印机等，都连接至该交换机，而其他设备则连接至其他交换机（如图2所示）。

由于所有端口只需一次交换即可实现与频繁访问的设备的连接，因此，大幅度地提高了网络传输效率。

需要注意的是，在该拓朴结构中，对中心交换机性能的要求比较高。

如果中心交换机的背板带宽和转发速率较差，那么，将会影响整个网络的通讯效率。

3. 不同性能交换机连接策略从交换机背板带宽和转发速率上看，交换机之间的性能区别很大。

性能最高的交换机（通常是三层交换机）作为中心交换机（或企业交换机）位于网络的中心位置，用于实现整个网络中不同子网之间数据交换；性能稍逊的交换机（可以是三层交换机）作为骨干交换机，用于实现某一网络子网内数据之间的交换；性能最差的交换机作为工作组交换机，用于直接连接至桌面计算机，为用户直接提供网络接入，如图3所示。

二、共享网络连接策略所谓共享网络，是指由全部集线器构建的网络。

在共享网络中，所有端口共享集线器的连接带宽，并且处于同一碰撞域，因此，在网络用户较多且通讯量较大的情况下，通讯效率极其低下。

所以，当计算机数量较多时，建议构建交换式网络，或利用交换机作中心设备构建混合网络。

1. 10Base-T共享网络连接策略（1）10Base-T共享网络的5-4-3规则虽然经过集线器的放大后，信号可以传输到更远的距离，那么，是不是可以将这个距离延伸到很远很远的距离，从而根据自己的需要随意扩大网络直径呢？不是的，凡事都有个限度，集线器间的级联也不能无休止的进行下去，10Base-T网络的范围也不能无限制地扩大。

否则，将由于经过的集线设备太多，到达目的地的距离太远，信号传输所使用的时间太长，使发送数据的源计算机误认为信号无法到达，从而导致通讯失败。

那么，经过多少集线器，或者说经过多长的距离是被允许的呢？换句话说，什么样的拓朴结构是10Base-T网络认为可以忍受的呢？这就是5-4-3规则。

不过，需要注意的是，该规则只适用于单纯由集线器而组建的10Base-T共享式网络，而由交换机所构建的网络，并不遵循这一规则。

所谓5-4-3规则，是指任意两台计算机间最多不能超过5段线（既包括集线器到集线器的连接线缆，也包括集线器到计算机间的连接线缆）和4台集线器，并且只能有3台集线器直接与计算机等网络设备连接。

如图4所示即为10Base-T网络所允许的最大拓朴结构，以及所能级联的集线器层数。

其中，Hub 4是网络中唯一不能与计算机直接连接的集线器。

事实上，许多人为了连接方便而在集线器间采用了过多的级联（在搭建大型机房时经常出现），使集线器级联的层数达到4层（如图5所示），虽然计算机之间的连接没有超过5段线和4台集线器，但由于所有的集线器都连接了计算机，依然仍违反了10Base-T网络5-4-3规则中只有3台集线器可以直接连接计算机的规定，从而造成网络通讯的失败。

在这种情况下，如果不了解或不熟悉5-4-3规则，恐怕将无从下手去判断和排除网络故障，将一直会为“一切都是好好的，可为什么就是不通？”的问题而困扰，而这也正是我们为什么要在这里介绍“古董级”的5-4-3规则的初衷。

（2）10Base-T共享网络的连接策略10Base-T共享网络通常只适用于小型网络，计算机数量通常不应当多于50台。

事实上，集线器的端口数量通常都比较少，市面上的10Base-T集线器通常为16口。

因此，当网络内的计算机数量多于16台计算机时，就必须采用级联的方式以成倍地扩展端口。

由于两台集线器之间的连接需要占用两个端口，因此，当计算所需要的集线器台数时，应当将集线器连接所需要的端口数量考虑在内。

集线器连接时，应当尽量选用一台端口数量较多的集线器作为中心集线器，然后，将其他所有集线器和服务器均连接至该中心集线器（如图6所示），从而确保不会违反5-4-3规则，并便于故障的判断和排除，并有利于对网络的管理。

网络内的其他计算机可以就近直接连接在各集线器上。

由于集线器间、集线器与计算机之间的连接距离均可达100米，因此，该拓朴策略的网络直径最大可达300米，对于小型网络而言已经绰绰有余了.如果网络直径的确大于300米，也可以再级联一级集线器，从而使网络直径扩大至400米（如图7所示）。

但是，需要注意的是，作为中心连接设备的集线器不能直接连接任何计算机或服务器。

更大的网络直径，建议选用光缆及光纤设备或选用交换设备，此时由10Base-T集线器构建的共享网络已经不能再满足需要了。

2. 100Base-TX共享网络连接策略（1）100Base-TX共享网络规则快速以太网规则也是仅适用于单纯由集线器所组成的共享式网络。

当网络中加入交换机作为集线设备后，由于将分隔原有的网段，所以，只是在每一个网段中适用该规则，而不是在整个网络中适用该规则。

这么说吧，每个交换机端口就是一个网段，凡是级联至同一端口的所有集线器都处于同一网段，这些集线器的拓朴结构必须遵循快速以太网的规则。

同样，级联至另一端口的所有集线器也都处于另一网段，那些集线器的拓朴结构同样要遵循快速以太网的规则。

对于分别连接至交换机不同端口的集线器而言，彼此之间则无需遵循该规则。

100Base-TX快速以太网规则如下：所有双绞线的长度不能超过100米。

一个单独的快速以太网可以有一至两个II类集线器。

或者说，一个网络内不能拥有三个或三个以上相互连接的II类集线器。

连接II类集线器的上行链路电缆长度必须在5米以下。

一个单独的快速以太网只能有一个I类集线器。

I类和II类集线器在同一快速以太网中不能同时使用。

由于堆叠后的集线器堆栈可视为一个集线器，因此，如果需要提供多端口时，可采用堆叠的方式来解决这一矛盾。

另外，也可采用以交换机作为中心节点的方式，把每个集线器分别连接至交换机的一个端口。

（2）100Base-TX共享网络连接策略100Base-TX共享网络的拓朴结构非常简单，如果使用I类100Base-TX集线器，那么，在网络内只能有一台集线器（如图8所示）。

由于集线器之间不能级联，而且集线器的端口数量最大为24口，因此，由I类100Base-TX集线器构建的共享网络，无论是计算机的数量（最多24台）还是网络直径（最大200米）都非常有限。

如果使用II类100Base-TX集线器，那么，在网络内只能有两台集线器（如图9所示），集线器之间通过双绞线级联，并且长度不超过5米。

由于只能连接两台集线器米，而且集线器的端口数量最大为24口，因此，由II类100Base-TX集线器构建的共享网络所能容纳的计算机数量仍然非常有限（最多46台）。

另外，由于，级联线不能超过5米，因此，就网络直径而言，网络直径仍然非常有限（最大205米）。

既然每个网段内只允许有一至两台集线器，而且每台集线器所能够提供的端口数量都是有限的，那么，当计算机数量多于集线器所能够提供的最多端口时，应当怎么办呢？答案只有一个，那就是堆叠。

也就是说，当必须使用2台以上的集线器时，可以使用专门的堆叠电缆（如3Com产品）或普通的双绞线将其堆叠起来，将它做为一个设备来管理和使用。

当然，堆叠的前提是必须选择可堆叠快速以太网集线器。

不过，问题依然没有得到完全解决，那就是，双绞线快速以太网的网络直径最大为200米，这无疑也在很大程度上限制了网络的规模和范围。

也就是说，由快速以太网集线器作为集线设备而组建的局域网络，网络的最大跨度为200米，而且每台计算机距离集线器最远不得超过100米。

这个问题在由双绞线构建的共享式网络中无法得到解决。

因此，必须把思路再放宽些。

解决这个问题最廉价的方式就是使用交换设备。

即通过将集线器级联到交换机的方式，实现网络端口成倍的扩充和网络直径的进一步扩大。

3. 100Base-TX与10Base-T混合共享网络需要注意的是，真正意义上的100Base-TX集线器与10Base-T集线器是无法连接在一起的。

如果大家留意一下就会发现，即使能够同时接入10Base-T与100Base-TX设备的集线器，也是被称为10Mbps和100Mbps双速集线器，而不是像交换机那样被称为10/100Mbps 自适应交换机。

因此，若欲实现10Mbps共享网络与100Mbps共享网络的连接，就必须借助于10/100Mbps双速集线器（如图10所示），即以双速集线器作为网络中心设备，其他10Mbps 集线器、100Mbps集线器均连接至该集线器，从而实现网络中10Mbps设备与100Mbps设备之间的互连互通。

10/100Mbps双速集线器内置的10/100Mbps交换模块可实现10Mbps和100Mbps网段的桥接，使用户简单易行地从10Mbps以太网转移至100Mbps以太网。

集线器的每个端口都可自动检测所连接设备的运行速率，并在10Mbps以太网和100Mbps以太网间确定端口的运行速度，之后，端口被连接到两个内置集线器之一，一个集线器在100Mbps以太网下运行，另一个则在10Mbps以太网下运行。

在常规状态下，以太网和快速以太网集线器上，双速集线器端口只以半双工模式运行。

双速集线器允许以太网和快速以太网设备在同一网络中相互连接，用户不必了解设备在以何种速率运行，利用快速以太网网卡，则这些设备将以100Mbps 连接到双速集线器上，在快速以太网网卡可以使用的网络，仍可以连接到10Mbps集线器上。