第3章局域网技术

第3章 局域网技术
本章概述
局域网是一种在小区域内使各种数据通 信设备互连在一起的通信网络。其中小 区域可以小至一个房间、一幢建筑，大 至一个校园或十几公里范围的一个区域。 数据通信设备可以是计算机、终端及各 种外部设备。本章将详细阐述局域网技 术、协议和组网标准。
3.1 局域网
局域网在计算机网络中占有非常重要的地位， 特别是为了适应办公自动化、协作设计、集成 制造、信息管理的需要，各机关、团体和企业 部门众多的微型计算机、工作站都可通过LAN 连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程 数据通信的目的。
3.2 局域网的拓扑结构
计算机网络的通信线路在其布线上有不同的结构形 式。在建立计算机网络时要根据准备联网计算机的 物理位置、链路的流量和投入的资金等因素来考虑 网络所采用的布线结构。一般用拓扑方法来研究计 算机网络的布线结构。拓扑（topology）是拓扑学 中研究由点、线组成几何图形的一种方法，用此方 法可以把计算机网络看作是由一组节点和链路组成， 这些节点和链路所组成的几何图形就是网络的拓扑 结构。虽然用拓扑方法可以使复杂的问题简单化， 但网络拓扑结构设计仍是十分复杂的问题。
3.5 高速局域网技术
3.5.1 光线分布式数据接口FDDI
光纤分布数据接口（Fiber Distributed Data Interface）简称FDDI, 是计算机网络技术向高速发展阶段的第一项高速网络技术，它的传 输速率可以达到100Mbit/s，符合的标准是ANSI X3T9.5。
FDDI网络在设计上沿用了IEEE 802系列局域网的设计规范，上层 仍采用与其它局域网相同的逻辑链路控制LLC子层的标准结构，并 对已经成熟的而且在重负荷情况下仍能保持高吞吐量的IEEE 802.5 Token Ring令牌环网络技术加以改进，以多增加一条光纤链路为代 价，构成反向双环（Dual Counter Rotating Ring 802.5）的特殊结 构，弥补了环型网络拓扑结构的缺陷,提高了FDDI网络系统的可靠 性。同时还对传统的IEEE 802.5的令牌传递方式进行改进，形成了 新的定时令牌协议（Timed-Token Protocol），从而实现了网上同 时进行多数据帧传输的功能，扩大了带宽的利用率。目前，FDDI 网络是当今大家公认的最可靠的网络之一，它不仅可以提供桌面局 域网络系统的功能，而且能够作为校园网、企业网乃至城域网的主 干网络，提供全方位的服务。
交换式局域网的特点是交换机能为每个端口都提供专有速率，此外 在交换式局域网中多对节点可以同时传递信息(即并发通信)，目前 交换式局域网的核心设备是交换式集线器或交换机。例如：某交换 式局域网上每个端口的数据传输速率是100Mbit/s，当10个节点同 时使用时，其上每个节点可以使用的最大传输速率为100Mbit/s， 而交换机的数据流量为10*100Mbit/s=1000Mbit/s。交换式局域网 可以实现多对用户之间的点对点通信，每对用户通信时可以独占网 络带宽，不受其它网络用户的干扰。从而提高网络的传输质量。
3.2.2 星型拓扑
在星型拓扑结构中，使用双绞线作为传输介质， 每个节点都由一个单独的通信线缆与网络的中 央节点（如集线器或者交换机）相连接。目前 绝大多数以太网，采用此类网络拓扑结构。
3.2.3 环型拓扑
在环型拓扑结构中，使用公共电缆组成一个封闭的环， 各节点直接连到环上，信息沿着链路环，按一定方向 从一个节点传送到另一个节点。环接口一般由发送器、 接收器、控制器、线控制器和线接收器组成。整个网 络发送的信息按一定的方向单向环绕传送，每经过一 个节点都要被接收，判断一次，是发给该节点的则接 收，否则的话就将数据送回到环中继续往下传。通常 把这类网络称之为“令牌环网”。
3.3.2 共享式局域网与交换式局域网的区别
1．共享与交换的带宽区别 在共享式网络中，所有用户共享可用带宽，在同一时刻，只能有一个节点使 用共享信道发送数据。在共享式网络中，常用除法和减法进行估算，即用站点 的总数除以理论带宽或最大速率。 在交换式网络中，交换机能为每个端口都提供专有速率(带宽)；此外，允许多 对节点同时传递信息（即并发通信）。在交换式网络中，常用乘法或加法进行 估算，即用站点的总数乘以理论端口专有速率。 2．核心设备的区别 常见的共享式网络的核心设备是共享式集线器；而交换式网络的核心设备则 由交换式集线器或交换机所组成，其中的交换式集线器或交换机是交换式局域 网上使用的中心控制设备。 3．通信方式的区别 由于集线器是共享式网络的设备，因此共享式网络只能是共享通信模式，一 个节点 发送信息时，集线器上的所有节点都会接收到。而交换式网络是并发 式通信方式，允许全双工的通信模式，从而使其性能远远超过共享式网络。 4．拓扑结构的区别 共享式网络的物理拓扑结构为星型，逻辑拓扑结构为总线型；而交换式网络 的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构均为星型结构。
3.3 共享式局域网与交换式局域网
3.3.1 共享式局域网与交换式局域网
共享式局域网的特点是共享传输介质带宽，即平分可用带宽，目前 共享式局域网的核心设备是共享式集线器。例如：某共享式局域网 上的数据传输速率是100Mbit/s，当10个节点同时使用时，其上每 个节点可以使用的最大传输速率为10Mbit/s。这样一来，如果用户 节点数量和通信量不断增加，将会造成数据碰撞，使得冲突增加， 影响传输效果。所以，共享式网络在联网计算机的数目较少的时候， 有较好的响应和性能；而在负荷较大时，将导致网络中计算机得到 的带宽急剧减少，网络的传输速率和质量也将迅速下降。
3.2.1 总线型拓扑
在总线型拓扑结构中，所有设备都直接与总线 相连，采用的传输介质多为同轴电缆（包括粗 缆和细缆），目前也有少数采用光缆材料作为 传输介质，如ATM网等。 该类型拓扑结构适用于计算机数目相对较少的 局域网络，通常这种局域网络的传输速率在 10Mbps至100Mbps之间，网络连接多选用同 轴电缆。典型的总线型局域网是以太网，目前 此类拓扑结构网络应用较少。
局域网所具有的特点和功能主要包括以下几点： （1）局域网覆盖的地理范围小，通常分布在一座办公大楼或集中
的建筑群内，例如在一个校园内。一般在几公里范围之内，最多 不超过25公里。 （2）局域网的传输率高且误码率低。传输率一般在10Mbps至 100Mbps之间，支持高速数据通信，目前已达到1000Mbps；传 输方式通常为基带传输，并且传输距离短，故误码率低，一般在 10-8至10-11范围之内。 （3）局域网主要以微型机为建网对象，通常没有中央主机系统， 而带有一些共享的各种外设。 （4）局域网根据不同的需要，为获得最佳的性能价格比，可选用 价格低廉的双绞线电缆、同轴电缆或价格较贵的光纤，以及无线 局域网。 （5）局域网通常属于某一个单位所有，被一个单位或部门控制、 管理和应用。 （6）局域网便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。
3.4.4 CSMA/CD 、Token Bus与Token Ring的比较
与确定型介质访问控制方法相比较，CSMA/CD方法有以下几个主要特点： （1）CSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于实现。目前有多种VLSI可
以实现CSMA/CD方法，这对降低Ethernet成本，扩大应用范围是非常有 利的。 （2）CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适 用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境。 （3）CSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性。但 是，当网络通信负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟 增加，因此CSMA/CD方法一般用于通信负荷较轻的应用环境中。 与随机型介质访问控制方法CSMA/CD相比较，确定型介质访问控制方法 Token Bus与Token Ring有以下几个主要的特点： （1）Token Bus与Token Ring网中节点两次获得令牌之间的最大间隔时间是 确定的，因此适用于对数据传输实时性要求较高的应用环境。 （2）Token Bus与Token Ring在网络通信负荷较重视表现出良好的吞吐率与 较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的应用环境。 （3）Token Bus与Token Ring不足之处在于它们都需要复杂的维护功能，实 现较为困难。
实际上大多数情况下这种拓扑结构的网络不会是所有 计算机真的要连接成物理上的环型，一般情况下，环 的两端是通过一个阻抗匹配器来实现环的封闭的，因 为在实际组网过程中，受地理位置的限制，很难实现 环的两端物理连接。
3.2.4 树型拓扑
在树型拓扑结构中，除了叶节点之外，所有的 根节点和各层分支节点都是转发节点。它的各 个节点按层次进行连接，信息的交换主要在上 下节点间进行，相邻的节点之间一般不进行数 据交换。 树型拓扑结构也可以看成是星型拓扑结构的扩 展，因此也被称为多层星型拓扑结构。树型拓 扑结构采用了层次化的结构，具有一个根节点 和多层分支节点。现有树型拓扑结构，多利用 集线器或交换机将网络进行集连。
3.5.2 100Base-T快速ase-T快速以太网是由10Base-T以太网 标准发展而来的，保留了以太网的观念，网络 速度提高了10倍。但它仍然采用IEEE 80Z.3 CSMA/CD的媒体访问协议层，并且同样采用 星型拓扑结构，无需对工作站上的以太网网卡 所执行的软件和上层协议做任何修改，就可使 局域网上的10Base-T和100Base-T站点间互 相通信，不需要任何协议转换。对于原来用5 类双绞线连接的网络，只要更换网卡和集线器， 就可以顺利将10Base-T升级到100Base-T。 但100Base-T网络不支持同轴电缆。
3.1.1 局域网的定义
局域网（Local Area Network）简称LAN，是 指在某一区域内由多台计算机和网络设备通过 互联技术所组成的计算机网络。其覆盖半径在 几百米到十几公里内。局域网可以实现文件管 理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的 日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。
3.1.2 局域网的特点和功能
3.4 局域网协议标准 ----局域网的介质访问控制方法