計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用（第二版）課件第4章 局域網(wǎng)原理

第4章

局域網(wǎng)原理

4.1局域網(wǎng)的分類與結(jié)構(gòu)

4.1.1局域網(wǎng)的特點(diǎn)與分類

局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，簡稱LAN）指覆蓋局部區(qū)域（一般為幾十米到方圓幾公里范圍，如一棟樓、校園內(nèi)）的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

1.局域網(wǎng)的特點(diǎn)

（1）傳輸速率一般為1Mb/s～20Mb/s，光纖高速網(wǎng)可達(dá)100Mb/s～10000Mb/s。（2）支持多種傳輸介質(zhì)，通常為一個(gè)單位所擁有。（3）一般是廣播式通信，通信處理由網(wǎng)卡完成。（4）誤碼率低（<10-6）。

（5）結(jié)構(gòu)、配置簡單，維護(hù)、擴(kuò)充方便。如：以太網(wǎng)。

例如：以太網(wǎng)（Ethernet）就是一種遵循IEEE802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。普遍的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s，更新升級(jí)的以太網(wǎng)則支持100Mb/s和1000Mb/s的速率。另外，還有令牌環(huán)（遵循IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)）和FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口，遵循IEEE802.8標(biāo)準(zhǔn)）。其中，F(xiàn)DDI采用光纖傳輸，網(wǎng)絡(luò)帶寬大，適用于連接多個(gè)局域網(wǎng)的大型骨干網(wǎng)中。

2．局域網(wǎng)的分類（1）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，可分為：總線型局域網(wǎng)、星型局域網(wǎng)和環(huán)型局域網(wǎng)。（2）按信號(hào)形式分類，可分為：基帶局域網(wǎng)和寬帶局域網(wǎng)。基帶局域網(wǎng)指用基帶信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)。（3）按所使用的傳輸介質(zhì)分類，可分為：UTP局域網(wǎng)、同軸電纜局域網(wǎng)、光纖局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。（4）按介質(zhì)訪問控制技術(shù)分類，可分為：Ethernet、令牌總線網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)，其中Ethernet采用CSMA/CD訪問控制技術(shù)，令牌總線網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)采用令牌（Token）訪問控制技術(shù)。（5）按通信方式分類，可分為：共享式（Share）局域網(wǎng)和交換式（Switch）局域網(wǎng)。

4.1.2局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

1．局域網(wǎng)參考模型在局域網(wǎng)的參考模型中不需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層，只需物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩層。局域網(wǎng)的介質(zhì)接入控制方法各不相同，不像廣域網(wǎng)那么簡單。局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層，即介質(zhì)接入控制或介質(zhì)訪問控制MAC子層和邏輯鏈路控制LLC子層。

（1）物理層分為：物理信號(hào)（PS）子層和物理介質(zhì)訪問（PAS）子層。（2）數(shù)據(jù)鏈路層須有介質(zhì)訪問控制功能，分為以下兩層：

1）邏輯鏈路控制（LLC）子層集中了與介質(zhì)無關(guān)的部分，具有順控、流控等功能。

2）介質(zhì)訪問控制（MAC）子層集中了與接入介質(zhì)有關(guān)的部分，為LLC子層提供服務(wù)，支持CSMA/CD等多種介質(zhì)訪問控制方式。

2．局域網(wǎng)的協(xié)議1980年，IEEE（美國電子電氣工程師協(xié)會(huì)）成立了專門負(fù)責(zé)制定局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802委員會(huì)，開始研究和制定一系列的局域網(wǎng)（LAN）標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)：（1）802.1接口標(biāo)準(zhǔn)、尋址、網(wǎng)際互連和網(wǎng)間管理。（2）802.2邏輯鏈路控制（LLC）。（3）802.3載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)和物理層技術(shù)規(guī)范（CSMA/CD）。（4）802.4令牌總線訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范（TokenBus）。（5）802.5令牌環(huán)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范（TokenRing）。（6）802.6城域網(wǎng)訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范。（7）802.7寬帶技術(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)。

（8）802.8光纖技術(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)。

（9）802.9集成語音數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范；

(10）802.10網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范；(11）802.11無線網(wǎng)絡(luò)（WirelessNetwork）標(biāo)準(zhǔn)；(12）802.12優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求訪問局域網(wǎng)規(guī)范。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)使得在組建局域網(wǎng)時(shí)，選用不同廠家的設(shè)備而能保證其兼容性。局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)還不止這些，如：在原IEEE802.3基礎(chǔ)上又?jǐn)U充了IEEE802.3u、802.3ab、802.3ac、802.3z、802.3ae等標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)應(yīng)100Mb/s以上的高速局域網(wǎng)。再如：在原IEEE802.11基礎(chǔ)上又?jǐn)U充了IEEE802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac等無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4-1IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)與OSI之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)OSI參考模型物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的基本通信功能，如：信號(hào)的編碼、譯碼、前導(dǎo)碼的生成和清除以及比特流的發(fā)送和接收等。

在OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能相對(duì)簡單些。它只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)。但在局域網(wǎng)中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，必須要決定下一個(gè)時(shí)刻哪個(gè)設(shè)備占用傳輸介質(zhì)并傳送數(shù)據(jù)。因此，局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制功能。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能由LLC子層和部分的MAC子層來執(zhí)行，其中，LLC子層負(fù)責(zé)向其上層提供服務(wù)；MAC子層的主要功能則包括：數(shù)據(jù)幀的封裝/卸裝，幀的尋址和幀的接收與發(fā)送，鏈路的管理和差錯(cuò)控制等。MAC子層屏蔽了不同物理鏈路的差異性。4.1.3局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)因其自身特點(diǎn)和其范圍的局限性，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有星型、總線型和環(huán)型三種。局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、所用傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制技術(shù)，是決定局域網(wǎng)特性的三要素。

1.總線型采用“廣播式”通信方式，所有節(jié)點(diǎn)均通過總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，屬共享介質(zhì)的LAN拓?fù)洌?/p>

2.環(huán)型是一種所有的節(jié)點(diǎn)通過環(huán)路接口，分別連接到它相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上，從而形成的一種首尾相接的閉環(huán)通信網(wǎng)絡(luò).圖4-3環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.星型星型拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)都和中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，中心節(jié)點(diǎn)可以是服務(wù)器，也可以是集線器等設(shè)備。圖4-4星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在星型結(jié)構(gòu)中，要注意:

區(qū)別物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)連接的物理（外觀）構(gòu)型，而邏輯結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信號(hào)的通路構(gòu)型。交換機(jī)和雙絞線在局域網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，使星型結(jié)構(gòu)變得常見。4.介質(zhì)訪問控制方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)使用共享介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的控制。主要有三種：帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問CSMA/CD方法、令牌總線TokenBus方法和令牌環(huán)TokenRing方法。4.2局域網(wǎng)的工作原理

4.2.1共享式LAN原理“共享”是指這種網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)共用一個(gè)物理信道，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，其他所有節(jié)點(diǎn)都可以收到，也稱為“廣播式”網(wǎng)絡(luò)，共享LAN采用的是CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法。

1.CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）即帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)(載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測(cè))。在共享LAN中，所有的節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)。如何保證傳輸介質(zhì)有序、高效地為多節(jié)點(diǎn)提供傳輸服務(wù)，是介質(zhì)訪問控制協(xié)議要解決的問題。

CSMA/CD應(yīng)用在OSI的第二層即數(shù)據(jù)鏈路層，它采用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。CSMA/CD的主要目的：提供尋址和媒體存取的控制方式，使得不同設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以在多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)上通信而不相互沖突。

CSMA/CD工作原理:發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑，若空閑，則發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙，則等待一段時(shí)間至信道中的信息傳輸結(jié)束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結(jié)束后，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)，則判定為沖突（Collision）。若偵聽到?jīng)_突，則停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新嘗試。

總結(jié)：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，隨機(jī)延遲后重發(fā)。CSMA/CD控制方式的優(yōu)點(diǎn)：原理較簡單，技術(shù)易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)處于平等地位，不需集中控制，也不提供優(yōu)先級(jí)控制。但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送時(shí)間增長，發(fā)送效率急劇下降。CSMA/CD應(yīng)用在OSI的第二層數(shù)據(jù)幀在信道上以廣播方式傳輸，所有連接在信道上的設(shè)備都能檢測(cè)到該幀。由于CSMA/CD站點(diǎn)首先要對(duì)媒體上有無載波進(jìn)行監(jiān)聽，以確定是否有別的站點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)。如有，該站點(diǎn)將避讓一段時(shí)間后再做嘗試。因此，需采用退避算法來決定避讓時(shí)間。

4.2.2以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（Ethernet）是指1975年由美國施樂（Xerox）公司開發(fā)的，采用了IEEE802標(biāo)準(zhǔn)和總線競(jìng)爭式介質(zhì)訪問方法（CSMA/CD）的，并以介質(zhì)Ether命名的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)實(shí)際上已成為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是指?jìng)鬏斔俾?0Mb/s的以太網(wǎng)，主要采用雙絞線和同軸電纜兩種傳輸介質(zhì)，遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)如下：

10Base5---使用粗同軸電纜，最大網(wǎng)段長度為500m，基帶傳輸方法。10Base2---使用細(xì)同軸電纜，最大網(wǎng)段長度為185m，基帶傳輸方法；10Base-T---使用雙絞線電纜，其中的T表示雙絞線。最大網(wǎng)段長度為100m；10Base-F---使用光纖傳輸介質(zhì)，最大網(wǎng)段長度為2km到3.5km，傳輸速率為10Mb/s。

2.快速以太網(wǎng)

指?jìng)鬏斔俾蕿?00Mb/s的以太網(wǎng)，適用于快速以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.3u?？焖僖蕴W(wǎng)支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，根據(jù)所用傳輸介質(zhì)不同，IEEE802工作組定義了三種快速以太網(wǎng)：

(1)100Base-TX

使用2對(duì)UTP5類線或STP，其中一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。

10BASE-5以太網(wǎng)：

10BASE-T以太網(wǎng)：信號(hào)頻率為125MHz，使用同10BASE-T相同的RJ-45連接器，最大網(wǎng)段長度為100m，并支持全雙工數(shù)據(jù)傳輸。

(2)100Base-FX使用2對(duì)光纖，其中一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。可使用單模和多模光纖（62.5和125m），使用ST、FC連接器或SC連接器，支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。

(3)100Base-T4

使用4對(duì)UTP3類線或5類線，它使用3對(duì)線同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，用1對(duì)線用作沖突檢測(cè)的接收信道。信號(hào)頻率為25MHz，符合EIA586結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn)，使用與10BASE-T相同的RJ-45連接器，最大網(wǎng)段長度為100m。4.以太網(wǎng)的幀格式

Novell公司最早發(fā)布Novell專用的以太網(wǎng)幀格式，稱為802.3原始幀格式（802.3raw）。（1）IEEE802.3幀格式

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式EthernetII：位置字段字段長度（字節(jié)）用途幀頭前導(dǎo)碼（preamble）7同步幀開始符（SFD）1標(biāo)明下一個(gè)字節(jié)為目的MAC字段目的MAC地址2—6指明幀的接受者源MAC地址2—6指明幀的發(fā)送者長度（length）2幀的數(shù)據(jù)字段的長度（長度或類型）類型（type）2幀中數(shù)據(jù)的協(xié)議類型（長度或類型）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和填充（dataandpad）46~1500高層的數(shù)據(jù)，通常為3層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。對(duì)于TCP/IP是IP數(shù)據(jù)包幀未幀校驗(yàn)序列（FCS）4對(duì)接收網(wǎng)卡提供判斷是否傳輸錯(cuò)誤的信息：如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，丟棄此幀

2.無效的幀

IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡出現(xiàn)下列情況之一的幀，都屬于無效的幀，并將其丟棄。

1）幀的長度與長度字節(jié)給出的值不一致；

2）幀的長度小于規(guī)定的最短長度；

3）幀的長度不是整數(shù)字節(jié)；

4）接收到的幀的校驗(yàn)和出錯(cuò)。

傳統(tǒng)局域網(wǎng)中，所有節(jié)點(diǎn)共享一條公共傳輸介質(zhì)，不可避免會(huì)發(fā)生沖突。尤其是隨著局域網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)不斷增加，每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均分配到的寬帶減少，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷加重時(shí)，沖突與重發(fā)現(xiàn)象將大量產(chǎn)生，網(wǎng)絡(luò)性能將會(huì)急劇下降。同時(shí)，在共享局域網(wǎng)中，當(dāng)連在集線器（Hub）上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它將用廣播方式將數(shù)據(jù)傳送到集線器的每個(gè)端口。即在共享Ethernet的每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，只允許有一個(gè)節(jié)點(diǎn)占用公用信道。為解決這個(gè)矛盾，人們提出了交換式局域網(wǎng)。4.2.3交換式LAN原理交換式局域網(wǎng)是指采用了交換機(jī)的局域網(wǎng)。通過交換機(jī)，支持交換機(jī)端口至結(jié)點(diǎn)之間的多個(gè)并發(fā)連接，實(shí)現(xiàn)多結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，加快數(shù)據(jù)的傳輸速度，降低傳統(tǒng)以太網(wǎng)由于采用CSMA/CD協(xié)議而產(chǎn)生沖突的可能性，相當(dāng)于增加了網(wǎng)絡(luò)寬帶，改善了LAN的性能。為保護(hù)用戶已有的投資，LAN交換機(jī)一般針對(duì)某類局域網(wǎng)（如802.3標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet或802.5標(biāo)準(zhǔn)的TokenRing）設(shè)計(jì)。典型的交換式LAN是交換式以太網(wǎng)，它的核心就是以太網(wǎng)交換機(jī)。圖4-6交換式LAN

集線器連接采用半雙工，形成共享介質(zhì)并共享帶寬模式。交換機(jī)連接采用全雙工，形成交換和獨(dú)占帶寬模式。連接設(shè)備連接設(shè)備的工作層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信方式結(jié)點(diǎn)的帶寬使用方式共享以太網(wǎng)集線器物理層邏輯總線結(jié)構(gòu)廣播共享交換以太網(wǎng)交換機(jī)數(shù)據(jù)鏈路層邏輯星型結(jié)構(gòu)可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分配共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的不同：基于交換的園區(qū)網(wǎng)三層架構(gòu)：4.3高速局域網(wǎng)

傳統(tǒng)局域網(wǎng)建立在共享介質(zhì)的基礎(chǔ)上，但當(dāng)局域網(wǎng)的規(guī)模擴(kuò)大、節(jié)點(diǎn)數(shù)不斷增加時(shí)，信道上的數(shù)據(jù)傳輸量加大，導(dǎo)致沖突概率的增加，傳輸速率變慢，帶寬變窄，網(wǎng)絡(luò)性能降低。因此，高速局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

4.3.1提高局域網(wǎng)速率的方法

1.子網(wǎng)劃分

把一個(gè)局域網(wǎng)劃分成幾個(gè)子網(wǎng)（也稱為網(wǎng)段），由于子網(wǎng)內(nèi)部用戶數(shù)量較少，每個(gè)用戶的平均帶寬就會(huì)有所增加。

不同的子網(wǎng)（網(wǎng)段）之間用網(wǎng)橋來連接。當(dāng)網(wǎng)橋收到一份報(bào)文以后，網(wǎng)橋就分析報(bào)文的目的地址，如報(bào)文的目的地址就在報(bào)文所發(fā)送的子網(wǎng)之內(nèi)，網(wǎng)橋不動(dòng)作。而當(dāng)發(fā)現(xiàn)報(bào)文的目的地址是另外一個(gè)網(wǎng)段時(shí)，就把信息傳過去。若不允許傳送，就發(fā)出沖突信號(hào)使發(fā)送端停止發(fā)送。圖4-7

網(wǎng)段的劃分2.提高硬件性能主要是指使用能夠提供更大帶寬（更大的數(shù)據(jù)傳輸率）的共享介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。如：早期使用的雙絞線只能提供10Mbps的帶寬，以后使用能應(yīng)用于高速局域網(wǎng)的100Mbps雙絞線，到現(xiàn)在應(yīng)用于1000Mbps（1Gbps）的千兆以太網(wǎng)和10000Mbps（10Gbps）的萬兆以太網(wǎng)的光纖，試圖提高硬件性能（介質(zhì)、高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備）來提高局域網(wǎng)速率。3.采用交換式LAN采用局域網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成交換局域網(wǎng)，無論在思路上、在技術(shù)上還是在投資的經(jīng)濟(jì)性上都是相當(dāng)好的方案。為提高局域網(wǎng)的性能，考慮更換成交換式局域網(wǎng)。在使用交換式局域網(wǎng)時(shí)，原有的總線型局域網(wǎng)并非完全拋棄而是綜合利用，這可保護(hù)原有投資，維持原有工作模式。

4.3.2高速以太網(wǎng)

1.千兆位以太網(wǎng)

1998年制定了千兆位以太網(wǎng)（1Gbps以太網(wǎng)，也稱吉比特以太網(wǎng)）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

1)IEEE802.3z--制定了光纖和短程銅纜連接的標(biāo)準(zhǔn)。

2)IEEE802.3ab--制定了五類雙絞線較長距離連接的標(biāo)準(zhǔn)。

千兆以太網(wǎng)的四種類型：（1）1000Base-SX：使用芯徑為50μm或62.5μm，工作波長為850nm或1300nm的多模光纖，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為260m和525m，適用于同一建筑物中同一層的短距離主干網(wǎng)。

（2）1000Base-LX：使用芯徑為9μm、50μm或62.5μm，工作波長為1300nm的多模、單模光纖，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為550m和3km～10km，主要用于校園主干網(wǎng)。（3）1000Base-CX：使用150歐姆屏蔽雙絞線（STP），采用8B/10B編碼方式，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，主要用于集群設(shè)備的連接，如：交換機(jī)房內(nèi)的設(shè)備互連。（4）1000Base-T：使用4對(duì)5類非屏蔽雙絞線（UTP），傳輸距離為100m，主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑中的通信，可利用原有以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)鋪設(shè)的UTP電纜。1Gbps以太網(wǎng)技術(shù)仍然是以太網(wǎng)技術(shù)，它采用了與10Mbps以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、流控模式以及布線系統(tǒng)，允許全/半雙工傳輸方式，在半雙工傳輸方式時(shí)，使用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制，在全雙工方式時(shí)，不使用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式。以太網(wǎng)相同的幀格式：

2.萬兆位以太網(wǎng)

萬兆位以太網(wǎng)（10Gbps，也稱10吉比特以太網(wǎng)）。其標(biāo)準(zhǔn)由IEEE制定，并于2002年6月完成，稱為IEEE802.3ae標(biāo)準(zhǔn)。需注意，萬兆位以太網(wǎng)并不是簡單地將速率提高，需解決以下技術(shù)問題：（1）新物理層標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)新開發(fā)了物理層標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)LAN版的，一個(gè)是WAN版的。一臺(tái)萬兆位以太網(wǎng)交換機(jī)可支持10個(gè)千兆位以太網(wǎng)端口。（2）傳輸介質(zhì)的選擇萬兆位以太網(wǎng)只使用光纖傳輸介質(zhì)，并且使用長距離的光收發(fā)器與單模光纖接口，距離可超40Km。（3）全雙工方式萬兆位以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，不存在爭用介質(zhì)問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議。但萬兆位以太網(wǎng)使用與10Mbps、100Mbps和1000Mbps一樣的幀格式，這樣便于較低速率的以太網(wǎng)的平滑升級(jí)，也便于萬兆位以太網(wǎng)與較低速率的以太網(wǎng)的通信。萬兆位以太網(wǎng)仍然是以太網(wǎng)，但速度更快，支持寬帶業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)靈活。4.3.3其他類型高速局域網(wǎng)1.FDDI網(wǎng)FDDI（FibreDistributingDataInterface，又稱光纖分布式數(shù)據(jù)接口）是一種利用光纖構(gòu)成的雙環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，有較高的容錯(cuò)能力。

因光波的頻率高，在FDDI網(wǎng)中傳播的光信號(hào)采用ASK調(diào)制方式，能獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸速率（100Mb/s）。FDDI網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，一個(gè)環(huán)按順時(shí)針方向傳輸數(shù)據(jù)，另一個(gè)環(huán)按逆時(shí)針方向傳輸數(shù)據(jù)，一個(gè)環(huán)作為主環(huán)，另一個(gè)環(huán)作為備用的環(huán)，當(dāng)主環(huán)出故障時(shí)，可立即使用備用環(huán)，如果兩個(gè)環(huán)都出故障，可將兩個(gè)環(huán)連接成一個(gè)環(huán)使用。圖4-8光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）FDDI網(wǎng)絡(luò)可分為FDDI-Ⅰ和FDDI-Ⅱ兩種。其中FDDI-Ⅱ同時(shí)支持分組交換和線路交換，因此，它支持對(duì)音頻和視頻信息的傳輸。因光波不受其他電磁信號(hào)的干擾，數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量較高（即誤碼率低）。故FDDI經(jīng)常用在連接大型計(jì)算機(jī)與高速設(shè)備以及對(duì)可靠性、傳輸速度和傳輸質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。如：作為校園網(wǎng)的主干網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)的主干網(wǎng)。2.ATM網(wǎng)隨著人們對(duì)帶寬的需求越來越高，ITU于1986年研究開發(fā)出一種可統(tǒng)一處理聲音、數(shù)據(jù)和各種服務(wù)的高速綜合網(wǎng)絡(luò)B-ISDN(寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))。

ATM是支持B-ISDN服務(wù)的一種局域網(wǎng)，它采用固定長度(53Byte)的信元為數(shù)據(jù)包，通過建立虛電路來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ATM較小的信元長度降低了交換節(jié)點(diǎn)內(nèi)部緩存的容量。

ATM采用面向連接的傳輸方式，將數(shù)據(jù)分割成固定長度的信元，通過虛連接進(jìn)行交換。一個(gè)ATM的傳輸過程包括三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接終止。

ATM網(wǎng)有155Mb/s的帶寬，適合于多媒體傳輸、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等多種應(yīng)用。4.4虛擬局域網(wǎng)

4.4.1VLAN簡介

VLAN(VirtualLAN)全稱虛擬局域網(wǎng)，它是建立在交換技術(shù)基礎(chǔ)上的一種局域網(wǎng)。它將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)按工作性質(zhì)與需要，劃分成若干個(gè)“邏輯工作組”,每個(gè)邏輯工作組就是一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)）。在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)中，一個(gè)工作組通常是在同一個(gè)網(wǎng)段上，多個(gè)邏輯工作組之間通過互聯(lián)的網(wǎng)橋或路由器來交換數(shù)據(jù)。如果一個(gè)邏輯工作組的節(jié)點(diǎn)要轉(zhuǎn)移到另一個(gè)邏輯工作組時(shí)，需要將節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)從該網(wǎng)段撤出，連接到另一個(gè)網(wǎng)段上，甚至需要重新布線，不方便。

虛擬網(wǎng)絡(luò)建立在交換機(jī)基礎(chǔ)之上，以軟件方式來實(shí)現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理。邏輯工作組的節(jié)點(diǎn)組成不受物理位置的限制，同一個(gè)邏輯工作組的成員不一定是同一個(gè)物理網(wǎng)段上的。它們可以連接在同一個(gè)局域網(wǎng)交換機(jī)上，也可以連接在不同的局域網(wǎng)交換機(jī)上，只要這些交換機(jī)是互聯(lián)的就行。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)從一個(gè)邏輯工作組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)邏輯工作組時(shí)，只需通過軟件設(shè)定，而不需要改變它在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置。

4.4.2VLAN的實(shí)現(xiàn)

雖然VLAN的一組節(jié)點(diǎn)在不同的物理網(wǎng)段上，但相互之間的通信就好像在同一個(gè)局域網(wǎng)中一樣。VLAN的組網(wǎng)方法靈活，可在網(wǎng)絡(luò)的不同層次上實(shí)現(xiàn)。根據(jù)VLAN成員定義方法的不同，VLAN的實(shí)現(xiàn)有以下四種方式：

（1）基于交換機(jī)端口的定義（劃分）即從邏輯上把LAN交換機(jī)的端口劃分為不同的虛擬子網(wǎng)，各虛擬子網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，此方法最通用。但注意，用端口定義VLAN時(shí)，不允許不同的VLAN包含相同的交換端口。如：交換機(jī)1的1端口屬于VLAN1后，就不能再屬于VLAN2。缺點(diǎn)：當(dāng)用戶從一個(gè)端口移動(dòng)到另一個(gè)端口時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員必須對(duì)VLAN成員進(jìn)行重新劃分。端口12345678局域網(wǎng)交換機(jī)（a）端口12345678端口12345678（b）局域網(wǎng)交換機(jī)1局域網(wǎng)交換機(jī)2VLAN1VLAN2VLAN1VLAN2圖4-10基于端口的VLAN（2）基于MAC地址的定義（劃分）即用節(jié)點(diǎn)的MAC地址來定義虛擬局域網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：由于MAC地址是與硬件相關(guān)的地址,所以用的MAC地址定義的虛擬局域網(wǎng)，允許節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到其他物理網(wǎng)段，而不需要重新定義（因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的MAC地址沒變）。缺點(diǎn)是：要求所有用戶在初始階段，必須配置到至少一個(gè)虛擬局域網(wǎng)中，初始配置需通過人工完成。（3）基于IP地址的定義（劃分）即使用節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層IP地址來定義。優(yōu)點(diǎn)：

1）可按照協(xié)議類型來組成虛擬局域網(wǎng)，有利于組成基于服務(wù)或應(yīng)用的虛擬局域網(wǎng)。

2）用戶可隨意移動(dòng)工作站，而無須重新配置網(wǎng)絡(luò)地址。MAC地址的定義：

MAC（MediaAccessControl）地址，稱為介質(zhì)訪問控制地址或稱為物理地址，用來定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置，是表示互聯(lián)網(wǎng)上每一個(gè)站點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符。在OSI模型中，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)MAC地址，每臺(tái)主機(jī)都有一個(gè)MAC地址。MAC地址一般用十六進(jìn)制數(shù)表示，共6個(gè)字節(jié)（48位），MAC地址是固定的，由網(wǎng)卡決定。其中前面高24位是IEEE分配給不同廠家的代碼，以區(qū)分不同的廠家。而后面低24位則由廠家自己分配，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符。但同一個(gè)廠家生產(chǎn)的網(wǎng)卡中，其MAC地址的后24位是不同的（即具有唯一性）。如：某網(wǎng)卡的MAC地址是：F4:E3:FB:6C:35:3D。

與前面兩種方法相比，缺點(diǎn)：檢查IP地址比檢查MAC地址花費(fèi)時(shí)間更多，因此，用IP地址定義VLAN的速度較慢。（4）基于IP廣播組的定義（劃分）這種虛擬局域網(wǎng)的建立是動(dòng)態(tài)的，它代表了一組IP地址。當(dāng)IP廣播包要送達(dá)多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，就動(dòng)態(tài)建立虛擬局域網(wǎng)代理，這個(gè)代理和多個(gè)IP節(jié)點(diǎn)組成IP廣播組虛擬局域網(wǎng)。IP廣播組中的所有節(jié)點(diǎn)屬于同一個(gè)虛擬局域網(wǎng)，但它們只是特定時(shí)間段內(nèi)是IP廣播組的成員。前三種VLAN的劃分應(yīng)用較多，其中最為常用的是基于交換機(jī)端口的劃分。4.5無線局域網(wǎng)WLAN

4.5.lWLAN簡介

無線局域網(wǎng)（WirelessLAN，簡稱WLAN），近幾年來，隨著802.11系列新標(biāo)準(zhǔn)的不斷制定，WLAN技術(shù)飛速發(fā)展。

1.WLAN的概念

WLAN是指以無線信道作傳輸媒介的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供有線局域網(wǎng)的功能，使用戶實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。利用射頻（RadioFrequency，RF）電磁波技術(shù)，在空中進(jìn)行通信連接。

計(jì)算機(jī)通過數(shù)個(gè)基站（通常稱為熱點(diǎn)或AP）達(dá)到無線互連，構(gòu)成一個(gè)無線局域網(wǎng)，無需線纜介質(zhì)，采用2GHz∽5GHz射頻段電磁波，傳輸速率為覆蓋范圍達(dá)10m∽200m。WLAN技術(shù)使網(wǎng)中計(jì)算機(jī)具有移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。WLAN的主要特點(diǎn)：（1）安裝便捷、易于擴(kuò)展。（2）WLAN穩(wěn)定的覆蓋范圍在20m∽50m之間。

（3）傳輸速率一般是11Mbps∽54Mbps，最高1Gbps。（4）配置和維護(hù)方便在不適合網(wǎng)絡(luò)布線的場(chǎng)合，可廣泛應(yīng)用。2.WLAN的結(jié)構(gòu)

無線局域網(wǎng)由無線網(wǎng)卡、無線接入點(diǎn)（AP）、計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備組成。它既可與有線網(wǎng)絡(luò)互連使用，也可以自己單獨(dú)組網(wǎng)，組成“自組WLAN”(也稱Ad-hocNetwork)。另外，還可組建“多區(qū)結(jié)構(gòu)WLAN”。

1）自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)）

也稱對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，由一組有無線接口卡的無線終端，特別是移動(dòng)計(jì)算機(jī)組成。這些無線終端以相同的工作組名、擴(kuò)展服務(wù)集標(biāo)識(shí)ID號(hào)（ESSID）和密碼，以對(duì)等的方式相互直連，在WLAN的覆蓋范圍之內(nèi)，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。

圖4-11自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，不需要中央控制器。因此，自組織網(wǎng)絡(luò)使用非集中式的MAC協(xié)議，如：CSMA/CA（載波偵聽多路訪問／碰撞避免）。自組織網(wǎng)絡(luò)是一種滿足暫時(shí)需求服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。圖4-12基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型WLAN

利用高速的有線或無線骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在基站（BS）的協(xié)調(diào)下接入到無線信道，這時(shí)無線通信是作為有線網(wǎng)的一種補(bǔ)充和擴(kuò)展，故也稱為非獨(dú)立的WLAN。

基站的另一個(gè)作用是將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)連接起來，故基站又稱為接入點(diǎn)（AP）或熱點(diǎn)。在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，存在許多基站及被基站覆蓋的由各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成的蜂窩小區(qū)，基站在小區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。在實(shí)際應(yīng)用中，大部分無線WLAN都是基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)的WLAN。把移動(dòng)電話的服務(wù)區(qū)分為一個(gè)個(gè)正六邊形的小子區(qū)（蜂窩小區(qū)），每個(gè)小區(qū)設(shè)一個(gè)基站，形成了形狀酷似“蜂窩”的結(jié)構(gòu)，稱為蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。無線局域蜂窩網(wǎng)采用基于802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)，主要由移動(dòng)終端（手機(jī)等），無線基站以及移動(dòng)交換中心組成。每個(gè)小區(qū)基站均與移動(dòng)交換中心連接，形成一個(gè)蜂窩移動(dòng)網(wǎng)。

3.WLAN的傳輸技術(shù)無線局域網(wǎng)采用的傳輸介質(zhì)主要有：微波、紅外線和射頻電磁波。采用微波做為傳輸介質(zhì)的WIAN大都采用擴(kuò)頻技術(shù)。用擴(kuò)頻技術(shù)，能使數(shù)據(jù)在無線傳輸中保持完整可靠，并且在不同頻段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)互相不干擾。家電遙控器大都采用紅外線傳輸技術(shù)。作為無線局域網(wǎng)的傳輸方式，它不受無線電干擾，且紅外線的使用不受國家無線電管理委員會(huì)的限制。但紅外線對(duì)非透明物體的透過性極差，對(duì)無線局域網(wǎng)傳輸距離有限制。4.WLAN的互連在實(shí)際組網(wǎng)中根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境與使用需求，WLAN可采取不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)互連。（1)網(wǎng)橋連接型無線網(wǎng)橋提供物理與數(shù)據(jù)鏈路層的連接，還為兩網(wǎng)的用戶提供較高層的路由與協(xié)議轉(zhuǎn)換。（2)基站接入型采用蜂窩通信網(wǎng)接入方式組建無線局域網(wǎng)，各站點(diǎn)之間通信通過基站接入方式實(shí)現(xiàn)互連。（3)Hub接入型利用無線Hub組建星型結(jié)構(gòu)的無線局域網(wǎng)，具有與有線Hub組網(wǎng)方式相類似的特點(diǎn)。4.5.2IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.11是無線局域網(wǎng)（WLAN）的標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE802.11a、802.11b、802.11g、802.11n和802.11ac，工作在2.4G～2.4835GHz開放頻段。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒體訪問控制(MAC)層的規(guī)范。物理