3.2 局域网
3.2.1 局域网的拓扑结构
拓扑结构是指网络站点间互联的方式，也指网络形状。局域网常见的拓扑结构主要有星型、环型、总线型以及树型等，如图3-8所示。其中树型拓扑结构是总线型拓扑结构的一般化，或者说总线型是树型拓扑的特例。目前局域网中广泛应用的是星型拓扑结构，见表3-4。
图3-8 网络的拓扑结构
表3-4 各种网络拓扑结构的比较
3.2.2 局域网用传输线
3.2.2.1 双绞线
双绞线是出现最早、使用最为广泛的一种通信介质，在电话系统中经常使用它。双绞线既能用于传输模拟信号，也可以使用于传输数字信号。传输模拟信号时，每隔9～10km需要加一个放大器；传输数字信号时，2～3km需要进行一次中继。
双绞线由绞和在一起的一对导线组成，一对线用作一条通信链路，将多对双绞线做在一个塑料封套里，便成了双绞线电缆。双绞线的2根导线扭合在一起具有抵抗外界电磁场干扰的能力，并且每对导线中每根导线辐射出来的电磁波会相互抵消，这样，就使双绞线电缆中各对导线之间的互相干扰大大减小。
计算机网络中使用最多的是8芯（4对）双绞线电缆。双绞线又可分成非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），如图3-9所示。
图3-9 非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）
常用的UTP主要有3类线、5类线以及6类线。3类线符合10Base-T标准，其中，10表示数据传输速率为10Mbit/s，Base表示基带传输，T（Twisted pair）表示双绞线标准。5类线符合100Base-T标准，详情见表3-5。
表3-5 UTP的线缆类别与用途
计算机网络用的UTP在安装上通常与电话系统相同，每条UTP的两端通过BJ45（4对线）或RJ11（2对线）插头与网络设备连接，每个网络段长度通常不能超过100m。STP的抗干扰性能优于UTP，其数据传输速率也高于UTP，在100m内可达200Mbit/s，其最大使用距离可达几百米，但STP的成本高于UTP，安装接线也比UTP复杂。目前大量使用的仍是UTP，由于它易于安装，价格便宜，特别是近来研制的6类和超6类UTP，其性能比5类UTP有很大提高，在局域网中，广泛用于建筑物楼层间以及楼层内和室内，作为计算机和集线器之间的连接线。
3.2.2.2 光缆
光缆是由数根光纤组成的。由于每根光纤只能单向传输信号，因此，要进行双向通信，光纤必须成对出现，一根用于输入，另一根用于输出。由于光纤中传输的不是电信号而是光脉冲，因此，它具有极强的抗电磁干扰能力，并且只有很低的传输损耗。
（1）光纤的优点
①光纤宽度非常宽，数据传输速率极高，在10km的距离内可达20Gbit/s，远远大于其他介质。
②误码率极低，通常小于10-9。
③抗干扰能力极强，几乎不受外界电磁场的干扰。
④传输损耗很低，其中的光信号可以传输十几千米而不需要中继器。
⑤超级数据保密性，线路上信号无泄漏，很难窃听。
（2）光纤的缺点
①光纤的连接比较困难，需用专门设备。
②光纤分支也很不容易。
由于光缆及光纤设备价格的大幅度下降，目前计算机网络中的传输干线通常均使用光缆。
3.2.2.3 无线传输介质
无线传输介质主要有微波、红外线、激光以及卫星电波等。利用无线媒介组成的计算机网络也称为无线网络。无线网络的优点是安装、移动及变更都很容易，不受环境限制，特别适合于海上以及空中，在军事、野外等特殊场合非常适用。
目前，便携式计算机的大量涌现，更是有力地推动了无线网络的迅速发展。尤其是Wi-Fi技术和蓝牙技术的发展，使得无线传输逐渐进入重要位置。
在计算机网络中，通常局域网最多只采用两种传输介质，以简化网络的设计、连接和管理。
广域网则采用多种传输介质，这样可以互相取长补短，以优化整个网络系统的性能价格比。
3.2.3 以太网
以太网是最灵活同时也是应用最广泛的一种LAN。它采用的传输介质通常是同轴电缆和双绞线。同轴电缆中又分为粗缆和细缆，双绞线组成的星型网和细缆组成的总线型网通常适用于在建筑物的同一楼层内或同一房间内组网，粗缆适合于连接相邻建筑物之间的两个网络。但从目前的发展情况看，由于信息流量增加很快，因此，就对网络的传输速率和带宽提出了更高的要求，普通网络已显得力不从心，因而采用高速网络技术是当今的必然趋势。
就以太网而言，目前主要采用高速以太网（Fast Ethernet）技术。高速以太网主要用Fast Ethernet网络适配器、高速交换式集成器和5类非屏蔽双绞线组网。高速以太网数据速率可达100Mbit/s，所以又称为100Base-T网。高速以太网在距离较近时，用双绞线组成星型网，如房间内或楼层内；在距离较远时，为确保传输速率和带宽，就采用光缆和光纤收发器以及双绞线组网，网络结构仍采用星型或多级星型，如建筑物之间或大型建筑内的楼层或房间之间等。
3.2.3.1 双绞线构成的以太网组网
（1）硬件设备
①网卡：网络的结点上必须有支持双绞线的网卡，其外露端有一个能与双绞线相接的接口，一般双绞线是4对线，为RJ45接口。
②非屏蔽双绞线：双绞线比同轴电缆细，其外面有稍扁的塑料外套，常用的是4对双绞线电缆，每段双绞线电缆两端都装有与RJ45接口相匹配的插头。
③集线器：集线器作为网络的中心，网络各个结点通过双绞线电缆连接到其上的RJ45接口上。
（2）组网设计双绞线以太网一般均采用8芯（4对）非屏蔽双绞线（UTP），网络结点通过双绞线以HUB为中心作星型连接，同时，HUB也可以作为一个结点与另一个HUB连接。这样，结点扩充就非常容易。
常用的双绞线分3类线和5类线两种。
①3类线符合10Base-T标准，其传输速率为10Mbit/s，3类线联网时的长度通常不能超过100m。
②5类线符合100Base-T标准，其传输速率为100Mbit/s，5类线联网时的长度一般不能超过200m。
目前广泛采用的超5类和6类双绞线的数据传输速率在100Mbit/s以上，其性能指标比普通5类线有很大提高。联网时，超5类和6类双绞线的最大长度可达300～500m。用HUB组网时结点最多为250个，用交换机组网时结点数最多为400个。
一个由3级Switch HUB和HUB组成的以太网如图3-10所示。
图3-10 由3级SwitchHUB和HUB组成的以太网
3.2.3.2 双绞线与同轴电缆构成的以太网
图3-11所示是一个由同轴电缆细缆、粗缆、双绞线构成的总线型和星型混合的以太网，其中，双绞线组成的星型网部分在设计时的限制条件和前述单独组网设计时相同。
图3-11 同轴电缆细缆、粗缆、双绞线构成的总线型和星型混合的以太网
3.2.3.3 双绞线与光缆构成的以太网
双绞线与光缆构成的以太网如图3-12所示。
图3-12 双绞线与光缆构成的以太网
3.2.4 虚拟局域网
虚拟局域网（VLAN）技术是OSI第二层的技术。该技术的实质是将连接到交换机上的用户进行逻辑分组，每个逻辑分组相当于一个独立的网段。这里的网段仅是逻辑上的概念，而并非真正的物理网段。每个VLAN等效于一个广播域，广播信息仅发送到同一个虚拟网的所有端口，VLAN之间可隔离广播信息。VLAN也是一个独立的逻辑网络，每个VLAN都有唯一的子网号。因此，虚拟网之间通信也必须通过路由器完成。
3.2.4.1 VLAN的功能
使用VLAN技术后，可以大大减少当网络中的站点发生移动、增加以及修改时的管理开销，可以抑制广播数据的传播，可以提高网络的安全性。这些优点都源于交换机根据管理员对VLAN的划分，即从逻辑上区分各网络工作站，实现VLAN间的隔离，这种隔离可以不受工作站位置变化的影响。VLAN的组成如图3-13所示。
图3-13 VLAN组成示意图
如图3-13所示，使用位于4个楼层的4台交换机S1、S2、S3、S4和一台路由器R将位于3个LAN上的9个工作站组成3个VLAN。每个VLAN可以看成是一组工作站的集合，例如VLAN1由A1、A2、A3组成，它们可以不受地理位置的限制，就像处于同一LAN上那样进行通信，当A1向VLAN1中的成员发送数据时，A2、A3都能收到广播信息，尽管它们与A1没有连接在同一交换机上，而B1、C1则不会收到A1发出的广播信息，尽管A1、B1、C1连在同一个交换机S2上。交换机不向VLAN以外的工作站传送A1的广播信息，从而限制了接收广播信息的工作站数，避免因“广播风暴”引起的网络性能下降。其中的路由器是必要的，因为VLAN间的数据传输必须借助路由手段来实现。
总之，VLAN的主要功能是：提高管理效率，控制广播数据，增强网络安全性以及实现虚拟工作组。目前，VLAN以其高速、灵活、简便和易扩展等特点而成为未来网络发展的潮流。
3.2.4.2 划分VLAN的方法
划分VLAN的方法主要有以下几种。
（1）基于交换机端口划分 基于端口划分VLAN，就是按交换机端口定义VLAN成员，每个端口只能属于一个VLAN，这是一种最通用也是简单的方法。在配置完成后，再为交换机端口分配一个VLAN，使交换机的端口成为某个VLAN的成员。
（2）基于MAC地址划分 这种方法是按每个连接到交换机设备的物理地址（即MAC地址）定义VLAN成员。当一个交换机端口上连接一台集线器，在集线器上又连接了多台设备，而这些设备需要划入不同的VLAN时，就可以使用这种方法定义VLAN成员。因为它可以按用户划分，所以也把这种方法称为基于用户的VLAN划分。在使用基于MAC地址划分时，一个交换机端口有可能属于多个VLAN，这样端口就能接收多个VLAN的广播信息。
（3）基于第三层协议类型或地址划分 该方法允许按照网络层协议类型组成VLAN，也可以按网络地址（如TCP/IP的IP地址）定义VLAN成员。这种方法的优点是有利于组成基于应用的VLAN。
3.2.5 Intranet网
Intranet网由于独特的优点，目前发展异常迅速，已成为局域网中的后起之秀，有人称它为“网内网”，也有人直接称之为“企业网络”。
Microsoft公司对Intranet的定义是：Intranet，是将Internet上的应用与标准和企业既有的网络、桌上计算机以及服务器底层结构（Infrastructure）予以综合以产生更有效率的企业管理系统。
Intranet是以Internet的WWW技术为基础建立的企业信息网。具体讲，就是把客户机-服务器模式中客户机运行的应用软件放在称为Web的服务器上运行，客户机上只需运行浏览器软件，就能访问Web服务器上的应用程序；而该应用程序再通过数据库接口去访问数据库服务器的信息，这样就形成了二级客户机-服务器模式。
第一级为Web服务器上的Web应用软件作为客户端访问数据库服务器，第二级为网络客户机通过浏览器和网络访问Web服务器。
Intranet网络的体系结构可分为以下5层：应用、Web编辑工具、内容语言、浏览器与服务器、通信协议，如图3-14所示。
图3-14 Intranet网络的体系