4.1 局域网概述

局域网（LAN）是当今计算机网络技术应用与发展非常活跃的一个领域。公司、企业、政府部门及至住宅小区内的计算机机都在通过LAN 连接起来，以达到资源共享、信息传递和数据通信的目的。而信息化进程的加快，更是刺激了通过LAN 进行网络互连需求的剧增。因此，理解和掌握局域网技术就显得更加实用。

局域网的发展始于20世纪70年代，至今仍是网络发展中的一个活跃领域。由于20世纪70年代初，国际上推出了个人计算机（PC机）并逐渐使其走入市场，PC机在计算机中所占比例越来越大，由此也推动了LAN的发展。早在1972年，美国加州大学就研制了被称为分布计算机系统（Distributed Computer System）的NEWHALL环网。1974年英国剑桥大学研制的剑桥环网（Cambridge Ring）和1975年美国Xerox公司推出的第一个总线争用结构的实验性以太网（Ethernet）则成为最初LAN的典型代表。1977年，日本京都大学首度研制成功了以光纤为传输介质的局域网络。

20世纪80年代以后，随着网络技术、通信技术和微型机的发展，LAN技术得到了迅速的发展和完善，多种类型的局域网络纷纷出现，越来越多的制造商投入到局域网络的研制潮流中，一些标准化组织也致力于制定LAN 的有关标准和协议。同时，包括传输介质和转接器件在内的网络组件的发展，连同高性能的微机一起构成了局域网的基本硬件基础，并使局域网被赋予更强的功能和生命力。到了20个世纪80年代后期，LAN的产品就已经进入专业化生产和商品化的成熟阶段。此期间LAN的典型产品有美国DEC、Intel和Xerox三家公司联合研制并推出的3COM Ethernet系列产品和IBM公司开发的令牌环，与此同时，NOVELL公司设计并生产出了Novell Netware系列局域网网络操作系统产品。

到了20世纪90年代，LAN更是在速度、带宽等指标方面有了更大进展，并且在LAN的访问、服务、管理、安全和保密等方面都有了进一步的改善。例如，Ethernet 产品从传输速率为10Mbps的Ethernet发展到100Mbps的高速以太网，并继续提高至千兆（1000Mbps）以太网。至2002, IEEE还颁布了关于万兆以太网的标准。

4.1.1 局域网的特点

局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，也是目前技术发展最快的领域之一。局域网具有如下特点：

① 网络所覆盖的地理范围比较小。通常不超过几十千米，甚至只在一幢建筑或一个房间内。

② 具有较高的数据传播速率，通常为10Mbps～100Mbps，高速局域网可达1000Mbps （千兆以太网）。

③ 协议比较简单，网络拓扑结构灵活多变，容易进行扩展和管理。

④ 具有较低的延迟和误码率，其误码率一般在10-10～10-8之间，这是因为传输距离短，传输介质质量较好，因而可靠性高。

⑤ 局域网络的经营权和管理权为某个单位所有，与广域网通常由服务提供商提供形成鲜明对照。

⑥ 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。

尽管局域网地理覆盖范围小，但这并不意味着它们必定是小型的或简单的网络。局域网可以扩展得相当大或者非常复杂，配有成千上万用户的局域网也是很常见的事。

局域网的应用范围极广，可应用于办公自动化、生产自动化、企事业单位的管理、银行业务处理、军事指挥控制、商业管理等方面。局域网的主要功能是为了实现资源共享，其次是为了更好地实现数据通信与交换以及数据的分布处理。

一般来说，决定局域网特性的主要技术要素是网络拓扑结构、传输介质与介质访问控制方法。

4.1.2 局域网的拓扑结构

局域网与广域网的一个重要区别在于它们覆盖的地理范围。由于局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学、或一幢甚至几幢大楼的“有限的地理范围”，因此它的基本通信机制上选择了“共享介质”方式和“交换”方式。因此，局域网在传输介质的物理连接方式、介质访问取控制方法上形成了自己的特点，在网络拓扑上主要采用总线型、环型与星型结构。

1．总线型拓扑结构

总线型拓扑是局域网最主要的拓扑结构之一，如图4.1所示。所有的站点都直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，所有节点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个节点利用总线发送数据。当一个节点利用总线传输介质以“广播”方式发送信号时，其他节点都可以“收听”到所发送的信号。由于总线作为公共传输介质为多个节点所共享，所以在总线型拓扑结构中就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，这种现象被称为“冲突”（Collision）。冲突会造成数据传输的失效，因为接收节点无法从所接收的信号中还原出有效的数据。需要提供一种机制用于解决冲突问题。

总线拓扑的优点是：结构简单，实现容易；易于安装和维护；价格低廉，用户站点入网灵活。

总线型结构的缺点是：传输介质故障难以排除；并且由于所有节点都直接连接在总线上，因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。

2．环型拓扑结构

在环型拓扑结构中，所有的节点通过通信线路连接成一个闭合的环。在环中，数据沿着一个方向绕环逐站传输，如图4.2所示。环型拓扑结构也是一种共享介质结构，多个节点共享一条环通路。为了确定环中每个节点在什么时候可以传送数据帧，同样要提供旨在解决冲突问题介质访问控制。

由于信息包在封闭环中必须沿每个节点单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻。为了增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。所谓双环拓扑就是在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环，从而当主环发生故障时，由备用环继续工作。

环型拓扑结构的优点是能够较有效地避免冲突，其缺点是环型结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。

3．星型拓扑结构

星型拓扑结构是由中央节点和一系列通过点到点链路接到中央节点的节点组成的，如图4.3所示。各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点，中央节点集中执行通信控制策略，主要完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除。

星型拓扑结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。利用中央节点可方便地提供网络连接和重新配置；且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护。