1.3 局域網技術

目前，流行的局域網主要有 3 種：以太網、令牌環網和 FDDI（光纖分布式數據接口）。本節對這3種局域網技術作簡單介紹。

1.3.1 以太網和IEEE 802.3

以太網是由施樂公司于20世紀70年代開發的，IEEE 802.3發表于1980年，它是以以太網作為技術基礎的。如今以太網和IEEE 802.3占據了局域網市場的最大份額，而以太網通常指所有采用載波監聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的局域網，包括IEEE 802.3。

以太網和IEEE 802.3是兩項較為相似的網絡技術，它們都隸屬于CSMA/CD LAN，也都隸屬于廣播網絡，換句話說，網絡上所有的站點都能監聽到網絡上的所有數據幀，而不管它們自己是否是數據幀的目標站點；每個站點都必須通過檢查接收到的數據幀來判斷它自身是否為數據幀的目標站點，如果是，則將數據幀傳至當前站點的更高協議層做進一步的處理。

從某種意義上說，以太網和IEEE 802.3之間也存在著細微的差別，以太網提供的服務與OSI參考模型的物理層和數據鏈路層一致，而IEEE 802.3僅僅規定了物理層和數據鏈路層的信道訪問部分，并沒有定義邏輯鏈路控制協議，這些協議的物理實現可以是主機內的接口卡或者是主機內的主電路板上的電路。

1.物理連接

IEEE 802.3規定了幾種不同類型的物理層，而以太網僅僅定義了一種物理層，每一種IEEE 802.3物理層協議都有一個概括它們自身特點的名稱。

以太網和IEEE 802.3 10Base 5的各個方面都極為相似，這兩個協議所采用的拓撲結構都是總線型的，用連接電纜將末端網絡站點和實際的網絡傳輸媒介連接起來。在以太網中，這種連接電纜叫作收發器電纜，它與直接連接在物理網絡媒介上的收發器設備連接。IEEE 802.3的配置與以太網基本類似，僅僅在一些名稱上稍有差別，如收發器被稱作介質連接單元（MAU），連接電纜被稱作連接單元接口（AUI）。在這兩種情況下，連接電纜連接在末端網絡站點接口板（或接口電路）上。

2.數據幀格式

以太網和IEEE 802.3的幀格式如圖1-3所示。

以太網和IEEE 802.3的幀格式的開始是一個7字節字段，被稱為前同步碼。它的作用是通知接收端站點有數據幀到達。前同步碼中的內容為互相交替的“0”和“1”。

圖1-3所示的數據幀格式中的SOF為數據幀開始的定界標志，其長度為1個字節。目標地址和源地址字段的長度均為6個字節，它們通常包含在以太網和IEEE 802.3接口卡的硬件中。源地址通常是單節點的地址，而目標地址則可以是單節點組成節點的地址，也可以是具有廣播性質的全部節點的地址。

在以太網的數據幀中，類型字段具有兩個字節，在物理層和數據鏈路層對數據幀所作的處理結束之后，該字段指明應該接收數據的上層協議；在IEEE 802.3的數據幀中，源地址字段之后是兩個字節長的長度字段，它指明在該字段和數據幀檢查順序（FCS）字段之間所包含的數據的字節數。

在類型/長度字段之后是數據幀中的實際數據，在物理層和數據鏈路層對數據幀所作的處理結束之后，這些數據才被傳送給上層協議。對于以太網而言，接收數據的上層協議用類型字段指定；對于 IEEE 802.3來說，接收數據的上層協議必須在數據幀的數據部分內部加以定義，如果數據幀中包含的數據不足64個字節，就需插入相應的默認填補字節以使數據幀的大小達到64個字節。

數據幀檢查順序（FCS）字段中包含有循環冗余校驗（CRC）值。CRC 值開始時是由發送數據幀的設備來確定的，然后通過接收數據幀設備的重新計算確定數據幀在傳輸過程中是否發生損壞。

1.3.2 令牌環網和IEEE 802.5

令牌環網由IBM公司于20世紀70年代開發，至今仍是IBM的主要局域網技術。IEEE 802.5規范幾乎完全等同于或兼容于令牌環網。

1.令牌的傳遞

令牌環網的介質接入控制機制采用的是分布式控制模式的循環方法。令牌環網傳遞網絡的主要特點是在網絡上傳遞一個比較小的特殊格式的數據幀，即令牌。令牌本身并不包含信息，僅控制信道的使用，確保在同一時刻只有一個節點能夠獨占信道。如果網絡上的某個節點擁有令牌，就表示它擁有傳輸數據的權力。如果一個接到令牌的網絡站點沒有數據需要傳遞時，令牌就被簡單地傳遞到下一個網絡站點。每個站點都在允許的最大時間范圍內將令牌保留在手中。

令牌在工作中有“閑”和“忙”兩種狀態。“閑”表示令牌沒有被占用，即網中沒有計算機在傳送信息；“忙”表示令牌已被占用，即網中有信息正在傳送。一個站點需要傳輸信息時，必須首先檢測到“閑”令牌，將它置為“忙”的狀態，并在該令牌后面傳送數據，然后將這些信息發送給在令牌環路中的下一個站點。當信息幀沿著令牌環路傳輸時，網絡中不存在其他令牌，這樣，其他想要傳輸信息的站點必須等待令牌的到來，因此，令牌環網中通常不會發生沖突現象。

信息幀將沿著令牌環路循環傳遞，直到它最后到達預定目的站點為止。目標站點復制信息幀中的有關信息留作進一步的處理，然后信息幀繼續沿著令牌環路向前傳輸。當最終到達發送站點時就會被取下，發送站點檢查返回的幀，以判斷它是否已經被目標站點發現和復制。

令牌環網中的任何站點在傳輸令牌之前都可以計算令牌傳遞信息所需要的最大時間，這是它與以太網不一樣的地方。

2.物理連接

令牌環網中的站點可以直接與多站訪問部件（MultiStation Access Unit，MSAU）相連。MSAU能用電纜連接起來形成一個較大的環。MSAU之間是通過電纜直接連接起來的，MSAU又通過下控電纜與網絡站點相連。MSAU中也包括了從環中移去網絡站點所需要的旁路中繼。

3.優先級

令牌環網中擁有高優先權的網絡站點可以較頻繁地使用網絡資源。

網絡站點優先權決定了它能夠俘獲令牌的概率，只有網絡站點的優先權等于或高于令牌包含的優先權值時，該網絡站點才能俘獲令牌；一旦令牌被俘獲且被設置成信息幀時，在令牌沿環的下一輪循環過程中，只有優先權值高于當前傳輸站點的優先權值的網絡站點才能有權使用令牌；當新的令牌產生時，它包含的優先權值比當前傳輸站點的優先權值還要高；如果某一網絡站點提高了它自己的優先權值，在數據傳輸完成后必須將優先權值恢復到改變以前的狀態。

令牌環的數據幀有兩個控制優先權的字段，即優先字段和保留字段。

4.錯誤管理機制

令牌環網采用多種機制來檢測和恢復網絡中產生的錯誤。通常，它選擇網絡上某一個站點作為整個網絡的監視器，其主要作用是作為網絡上其他站點的定時信息中心并執行一系列令牌環網的維護功能，包括將網上無休止的、連續的數據幀從環上移去，并產生一個新的令牌。

在令牌環網中采用信令指示的算法可以檢測和恢復網絡中出現的某些類型的故障。信令指示幀定義了錯誤的大致范圍，包括錯誤發生的網絡站點，它與最近的上游鄰近網絡站點及兩站點之間可能發生的所有故障。

1.3.3 光纖分布式數據接口

光纖分布式數據接口（FDDI）標準是由美國國家標準化組織（ANSI）制定的在光纜上發送數字信號的一組協議。它規定了傳輸速率為 100Mbit/s、采用令牌傳遞方式和使用光纖作為介質的雙環LAN。FDDI規范說明中定義了物理層和數據鏈路層的介質訪問部分，按照OSI參考模型的分層要求，它與IEEE 802.3和 IEEE 802.5非常相似。

FDDI技術最重要的特征之一就是采用光纖作為傳輸介質，其優點包括安全性、可靠性以及傳輸速率等方面，較傳統的介質要好得多。

FDDI技術所定義的光纖類型有兩種：即單模光纖和多模光纖。單模光纖在同一時刻僅允許單一模式的光進入光纖，而多模光纖在同一時刻允許多種模式的光進入光纖。由于多種模式的光進入光纖的角度有所不同，因此它們在光纖中傳播的距離也有所不同，因而到達相同的目標所需要的時間也有一定的差別；而單模光纖能夠以更大的帶寬和更高的傳輸速率在光纖中傳輸信息。基于上述特性，單模光纖通常應用于建筑物之間的連接，而多模光纖則應用于建筑物內部的連接。在發送設備中，單模光纖傳輸系統采用激光束，而多模光纖傳輸系統采用發光二極管（LED）。

FDDI使用了比令牌環更復雜的方法訪問網絡。和令牌環一樣，也需在環內傳遞一個令牌，而且允許令牌的持有者發送FDDI幀。和令牌環不同，FDDI網絡可在環內傳送幾個幀。這可能是由于令牌持有者同時發出了多個幀，而非在等到第一個幀完成環內的一圈循環后再發出第二個幀。

令牌接受了傳送數據幀的任務以后，FDDI令牌持有者可以立即釋放令牌，把它傳給環內的下一個站點，無需等待數據幀完成在環內的全部循環。這意味著，第一個站點發出的數據幀仍在環內循環的時候，下一個站點就可以立即開始發送自己的數據。

1.FDDI標準

FDDI的規范說明包括下列4個單獨部分。

① 介質訪問控制（MAC）：定義訪問介質的方式，包括數據幀的格式、令牌的處理、地址的選擇、計算循環冗余檢測值的算法以及錯誤的恢復機制等。

② 物理層協議（PHY）：規定數據編碼和解碼過程，包括定時機制、組幀和解幀過程以及其他的一些功能。

③ 物理層介質（PHM）：定義傳輸介質的有關物理特性，包括光纖鏈路、電源的電壓、位錯誤率、光纖的成分和相關的連接設備。

④ 站點管理（SMT）：定義FDDI站點的配置、環的配置及環的控制特性，包括站點的插入和移去、站點的初始化、錯誤的隔離和恢復以及統計數據的采集和編排等功能。

2.物理連接

FDDI規定采用雙環連接，其中一個環作為主環，通常用于數據傳輸；另一個作為副環，作為備份。雙環上數據的傳輸是互為反向的。

站點與 FDDI雙環之間的連接有兩種方式：其一，站點只連接在單環上，這種站點稱為 B類型站點或單連接站點（SAS）；其二，站點連接在兩個環上，這種站點被稱作為A類型站點或多連接站點（DAS）。SAS通過集線器與FDDI雙環的主環連接，集線器可同時為多臺SAS站點提供連接裝置，且能保證任何SAS站點出錯或斷電時都不會影響到FDDI的雙環連接。

FDDI技術支持網絡帶寬的實時分配，使之能夠適用于多種不同類型的應用要求，與此同時，FDDI也定義了兩個數據傳輸方式：即同步和異步數據傳輸方式。同步傳輸時使用總帶寬為100Mbit/s中的一部分，其余帶寬則由異步傳輸來使用。同步帶寬通常分配給具有連續傳輸能力的站點，如具有傳輸音頻和視頻等類型數據的站點，其他的站點則異步地使用余下的網絡帶寬。