违反5-4-3规则，导致网络通信故障

2019-11-04 20:31:39

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供稿：网友

　　故障现象
　　看到学校四周的网吧火得不得了，同事小李也投资搞了一个。网吧的规模还算不太小，40多台计算机的样子吧、不过:虽然采用的是ADSL宽带接入，但Internet接入速度始终不太理想，而且网吧内计算机之间的联机游戏总不太理想。
　　小李曾向"业内人士"咨询过，得到的答复是计算机数量太多、网络设备太差，而且ISP的出口带宽有限，所以，也就凑合着运转下来了。后来，由于生意非凡火爆，小李又购进了一批计算机，这回可彻底歇菜了!将这些计算机连上。不仅Internet无法接入:而且网络内的计算机之间也彼此失去了联系。而将这些计算机拔下来，一切就又恢复了正常。小李这下傻了，时间就是金钱哪!于是，托人找到了俺这个 "世外高人"，俺也没有辜负 "太虾"这个荣誉称号:不到十分钟就全部搞定，当然一顿饭局是让俺嫌到了。
　　
　　诊断过程
　　也许您会问，原因出在哪儿?又是如何解决的呢?别忙，且听俺慢慢道来。
　　小李的网吧在理论上称之为共享网络。何为共享网络呢?所谓共享网络，就是由网络内的所有计算机共享网络带宽的网络。例如，集线器的端口速率为10Mb/S，在24个端口上都连接有计算机，那么，每个端口所获得的传输速率其实只有10Mb/s的1/24。由细缆构建的网络和由双绞线+集线器构建的网络都属于共享式网络。共享式网络中的计算机为什么会共享带宽呢?这完全是由于数据的传输机制导致的。
　　在共享式网络中，所有计算机间的通讯都在同一线路上进行。当超过两个以上的计算机同时通讯时，就会造成数据在通道上的碰撞，从而导致传输失败，虽然计算机在发送数据之前都会事先听一听网络上是否有其他计算机在通信，但这并不能保证碰撞不会发生。另外，由于一台计算机并不知道另一台计算机在哪里，所以,只能采用广播找人的方式向外发送信息。网络内的计算机都会接收这条信息:并辨认自己是否就是发送对象，是就进一步处理，不是就抛弃掉。正是基于上述原因，共享式网络中的传输效率很差，对计算机处理能力的占用也较多。而且,当网络内的计算机数量较多时，不仅每台计算机所分得的网络带宽更少，而且碰撞发生的机率也会更大。因此，共享网络只适用于小型的或不繁忙的网络，否则，应当选用交换式网络。
　　双绞线+集线器网络是目前应用最多、但是最典型的共享式网络，小李为了最大程度地节约前期投入，全部采用廉价的集线器(也称Hub)作为集线设备，因此，他的网吧是了个名副某实的共享网络。对无拥有几十台设备的共享网络而言，计算机之间的连接性能相对较差也就在情理之中了。
　　慢也就罢了，可是，为什么增加一些计算机后彼此之间就无法通信，而且再也无法接入Internet了呢?为了将增加的计算机连入网络，就必须再添加新的集线设备。不幸的是，小李依然采用了集线器，而且依然采用不级联的方式连接，将四合集线器串接起来(如下图所示)，从而违反了10Base-T的5-4-3规则，导致网络通讯失败。所谓10Base-T，是指构建10Mb/s双绞线以太网的国际标准，不过，经常被用于指代10Mb/s双绞线网络。10Base-T规定双绞线的最长传输距离为100m。
　　　违反5-4-3规则，导致网络通信故障（图一）

　　所谓10Base-T的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)、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。这是10Base-T网络所答应的最大拓扑结构:以及所能级联的集线器层数。其中，位居中间的集线器是网络中惟一不能与计算机直接连接的集线器。5-4-3规则的采用与网络所答应的最大延迟有关。计算机发送数据后，假如在一定的时间两没有得到回应，那么，将认为是数据发送失败，而不断地重复发送，但对方却永远无法收到。数据在网络中的传输延迟，一方面受网线长度的影响:另一方面也受集线设备的影响;:因此,10Base-T网络不仅对电缆的传输距离有限制，而且也限制了集线器的数量。　　　　　
　　小李的连接方式虽然计算机之间既没有超过5段线，也没有超过4台集线器，但是4台集线器却都连接了计算机:所以，仍然违反了5-4-3规则。因此，计算机之间无法进行通讯也就成为了必然。既然计算机之间无法通讯，那么，通过代理服务器接入Internet也就是不可能的了。
　　难道网络就不能再扩大了吗?当然能。不过，网络拓扑结构或者说是集线器的连接方式应当略作改变。也就是说，只需将其他三台集线器都连接在同一合集线器上即可，如右图所示。这样做，不仅严格遵守了5-4-3规则，而且网络的通讯效率也会在某种程度上得到保障。
　　违反5-4-3规则，导致网络通信故障（图二）

　　排除心得
　　通过上面的描述我们可以简单地得出以下两点结论，第一，共享网络的通信效率非常差，而且网络越大，每台计算机所能分配约有效带宽就越小，因此，无法适应大数据量和大访问量通讯的需要;第二，共享网络的覆盖范围非常有限，10Base-T最大为500m，100Base-TX最大为205m，因此，无法用于构建大规模或超大规模网络，对于网把而言，这显然不是什么问题，但对于校园网络、行政网络和企业网络等大型网络而言，这肯定是无法接受的。
　　那么，就没有有效的补救措施吗?当然有，可以升级至交换式网络。当网络中的计算机数量较多，通讯效率明显下降时，可以考虑采用交换机来升级网络。假如对网络的传输速率要求并不太高，可以只增加一台交换机，然后，将集线器和服务器连接至该交换机:不仅可将每台集线器都划分为一个碰撞域，而且连接至不同端口的集线器间可以同时通讯，从而提高网络传输效率。当然，假如有条件,可以将所有的集线器全部更换为交换机，网络通讯效率将得到迅速飞升!
　　交换机的传输机制与集线器完全不同。在由交换机构建的交换式网络中，任何两个端口的计算机之间可以同时进行通讯，并旦父换机可以记忆每个端口所连接的计算机，因此，无需广播即可直接向数据转发至相应的端口。所以，交换式网络中每个端口所能提供的传输速率就是网络标称的带宽，其传输效率是共享网络根本无法比拟的。假如将共享式网络比喻为一条乡间小路的话，那么，交换式网络简直就是一座立交桥，无论数据来自何方以及走向何方，都可以在此高速同时通过。
　　另外，尤其值得注重的是，由于交换式网络不受共享网络中关于5-4-3规则的限制，因此，交换式网络可以做得相当大。不仅如此，其传输效率和传输速率也不会因网络的增大而明显下降。所以，目前所有的大中型网络全部为交换式网络。由于交换机与集线器价格的不断接近，小型网络也逐步朝着交换式网络转变。

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