5．7 局域网

5．7 局域网

局域网是指在有限的范围内的多台计算机通过传输介质及网络软件连接起来，以实现资源共享和信息传递目的的计算机网络。 局域网的覆盖范围可以是一间教室、一座大楼、一个校园等。 一般来说，局域网是为一个单位所拥有的，并且局域网覆盖的地理范围和站点数目均有限，因此在局域网内可以提供高数据传输速率、低误码率的高质量数据传输环境。 在局域网内所采用的通信介质一般是双绞线，如果距离稍远，局域网的主干网络可以采用光纤或者屏蔽双绞线。 局域网常用的拓扑结构包括前面所述的总线形、星形、环形等，目前，大部分的局域网总是采用星形拓扑结构，便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置也可灵活调整和改变。 在局域网中，采用网络管理软件可以方便地管理局域网中的各个站点。 此外，局域网具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网中的其他站点，局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源，提高了系统的可靠性和可用性。

局域网技术发展迅速，局域网标准的制定也在20世纪80年代开始，国际电子电气工程师协会（IEEE）在1985年公布了IEEE802标准的5项标准文本，ISO将其作为了局域网的国际标准系列，称为ISO802标准，这其中最广泛使用的有以太网、令牌环和无线局域网等。 这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责，IEEE802委员会下属的工作组如下：

①802．1高层局域网协议工作组。

②802．2逻辑链路控制LLC工作组（不活动）。

③802．3以太网工作组。

④802．4令牌总线工作组（不活动）。

⑤802．5令牌环工作组（不活动）。

⑥802．6城域网MAN工作组（不活动）。

⑦802．7宽带TAG（不活动）。

⑧802．8光纤TAG（已解散）。

⑨802．9等时局域网工作组（不活动）。

⑩802．10安全工作组（不活动）。

802．11无线局域网工作组。

802．12需求优先级工作组（不活动）。

802．14电缆调制解调器工作组（不活动）。

802．15无线个人局域网WPAN工作组。

802．16宽带无线接入工作组。

802．17弹性分组环工作组。

802．18无线规章TAG。

这其中，802．3、802．4和802．5是比较典型的几种网络标准。

（1）IEEE802．3标准与Ethernet

Ethernet即以太网，以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，也是目前局域网布网中最常采用的方式，它几乎等同于局域网的概念，随着高速以太网技术的出现，也在逐渐地占领广域网的市场份额。 以太网采用总线形或星形的拓扑结构，共享传输介质，其核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法，即CSMA／CD协议（载波监听多点接入／冲突检测）访问方法。CSMA／CD方法用来解决多节点如何共享总线传输介质的问题。 以太网技术发展已经有30多年的历史了，以太网技术以其组网简单、工作可靠、造价低廉、易于维护、可以简单地增加和减少主机等特点迅速发展壮大，具有强大的生命力和市场竞争力。

传统以太网最初是使用粗同轴电缆，采用总线形拓扑结构，后来演变到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。 使用双绞线的以太网采用星形拓扑结构，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，称为集线器（Hub）。10Mbit／s速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。 在以太网的发展历史中， 10Base⁃T双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固基础。 现在，局域网和以太网基本可以看作同一个概念了。以太网技术发展迅速，目前已经出现了10G比特以太网技术，使以太网的技术从局域网扩大到城域网和广域网。

以太网在编码方面不是采用简单的二进制编码，而是采用了曼彻斯特编码方法，这种编码方法把每一个二进制位的周期划分成两个相等的间隔，二进制的1在发送时，第1个间隔为高电压，第2个为低电压，而二进制0在发送时，则采用相反的方式。 曼彻斯特编码实现了让接收方在没有外部时钟参考的情况下，可以明确地确定每一位的起始、结束或者中间位置。 但是这种编码方法也要求带宽是二进制编码的两倍。

以太网在进行数据传输时，使用的是以广播方式进行数据传送的。 在网络中，计算机的通信方式有两种：点对点通信方式和广播式通信。 点对点通信方式是指把各台计算机或网络设备以点对点方式连接起来，网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点之间可能会有多条单独的链路，点对点通信方式主要用于城域网和广域网。 在广播式通信方式中，网络上所有节点共享一个信道。 数据按照网络协议规定进行分组发送，网络中所有节点都会接收到这些数据信号。 各个节点一旦收到数据，就对这个数据进行检查，看是否发送给本节点，如果是则接收，否则就丢弃。 在广播方式中，由于是所有计算机共享同一信道，因此为了能够实现一对一的通信，在同一时刻只允许一台计算机发送数据，接收数据的其他计算机根据数据中的硬件地址来确定此信息是否发送给自己，如果是则接收此数据，否则丢弃此数据，从而实现局域网中的数据通信。 为了能够控制同一时刻只有一台计算机发送数据，以太网采用了CSMA／CD协议（载波监听多点接入／冲突检测），此协议的特点是允许计算机以多点接入的方式连接在一起，发送数据前先监听信道，信道空闲则发送数据，如果信道忙，则等待信道变为空闲后再发送数据。 在发送数据的过程中，要边发送边监听，如果发现有冲突，即有其他计算机正在发送信息，则停止信息的发送，退避若干时间后再发送数据。 其基本思想可简单地概括为4句话：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。

以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。 差错的纠正由高层来决定，如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。

最初的以太网技术是10Base⁃T网络，即10兆的速率，基带传送，使用双绞线作为传输介质。 随着通信产品的飞速发展，100Mbit／s的以太网产品在1993年底问世，1996年夏季吉比特以太网（又称为千兆以太网）的产品问世，而10吉比特以太网技术的标准也于2002年问世。

（2）IEEE802．4标准与Token Bus

Token Bus即令牌总线网，是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制站点访问的确定型介质访问控制方法。 令牌在网络中传输，只有获得令牌并且令牌空闲的计算机才可以发送数据，当数据传送完毕后，令牌再次空闲，其他用户可以再次去获取令牌。

（3）IEEE802．5标准与Token Ring

Token Ring即令牌环网，它也是一种共享传输介质的环形拓扑结构网络，同样采用令牌作为用户可以传送数据的判断标志。

习 题

1．选择题

（1）OSI模型有7个功能层，从下向上第四层是（ ）。

A．物理层 B．会话层 C．网络层 D．传输层

（2）计算机网络是计算机与（ ）相结合的产物。

A．电话 B．线路 C．各种协议 D．通信技术

（3）OSI参考模型中网络层的功能主要是由网络设备（ ）来实现的。

A．网关 B．网卡 C．网桥 D．路由器

2．填空题

（1）常见的计算机网络拓扑结构有：_____、_____和 。

（2）常用的传输介质有两类：有线和无线。 有线介质有_____、_____、_____。

（3）网络按覆盖的范围可分为广域网、_____、_____。

（4）TCP／IP协议参考模型共分了_____层。

3．问答题

（1）简述计算机网络的概念。

（2）计算机网络的常用拓扑结构有哪些，各自有什么特点？

（3）常用的网络设备有哪些？

（4）简述局域网的基本概念。

（5）计算机网络的发展经历了哪几个阶段？