4.1 局域網概述

局域網（LAN）是當今計算機網絡技術應用與發展非常活躍的一個領域。公司、企業、政府部門及至住宅小區內的計算機機都在通過LAN 連接起來，以達到資源共享、信息傳遞和數據通信的目的。而信息化進程的加快，更是刺激了通過LAN 進行網絡互連需求的劇增。因此，理解和掌握局域網技術就顯得更加實用。

局域網的發展始于20世紀70年代，至今仍是網絡發展中的一個活躍領域。由于20世紀70年代初，國際上推出了個人計算機（PC機）并逐漸使其走入市場，PC機在計算機中所占比例越來越大，由此也推動了LAN的發展。早在1972年，美國加州大學就研制了被稱為分布計算機系統（Distributed Computer System）的NEWHALL環網。1974年英國劍橋大學研制的劍橋環網（Cambridge Ring）和1975年美國Xerox公司推出的第一個總線爭用結構的實驗性以太網（Ethernet）則成為最初LAN的典型代表。1977年，日本京都大學首度研制成功了以光纖為傳輸介質的局域網絡。

20世紀80年代以后，隨著網絡技術、通信技術和微型機的發展，LAN技術得到了迅速的發展和完善，多種類型的局域網絡紛紛出現，越來越多的制造商投入到局域網絡的研制潮流中，一些標準化組織也致力于制定LAN 的有關標準和協議。同時，包括傳輸介質和轉接器件在內的網絡組件的發展，連同高性能的微機一起構成了局域網的基本硬件基礎，并使局域網被賦予更強的功能和生命力。到了20個世紀80年代后期，LAN的產品就已經進入專業化生產和商品化的成熟階段。此期間LAN的典型產品有美國DEC、Intel和Xerox三家公司聯合研制并推出的3COM Ethernet系列產品和IBM公司開發的令牌環，與此同時，NOVELL公司設計并生產出了Novell Netware系列局域網網絡操作系統產品。

到了20世紀90年代，LAN更是在速度、帶寬等指標方面有了更大進展，并且在LAN的訪問、服務、管理、安全和保密等方面都有了進一步的改善。例如，Ethernet 產品從傳輸速率為10Mbps的Ethernet發展到100Mbps的高速以太網，并繼續提高至千兆（1000Mbps）以太網。至2002, IEEE還頒布了關于萬兆以太網的標準。

4.1.1 局域網的特點

局域網技術是當前計算機網絡研究與應用的一個熱點問題，也是目前技術發展最快的領域之一。局域網具有如下特點：

① 網絡所覆蓋的地理范圍比較小。通常不超過幾十千米，甚至只在一幢建筑或一個房間內。

② 具有較高的數據傳播速率，通常為10Mbps～100Mbps，高速局域網可達1000Mbps （千兆以太網）。

③ 協議比較簡單，網絡拓撲結構靈活多變，容易進行擴展和管理。

④ 具有較低的延遲和誤碼率，其誤碼率一般在10-10～10-8之間，這是因為傳輸距離短，傳輸介質質量較好，因而可靠性高。

⑤ 局域網絡的經營權和管理權為某個單位所有，與廣域網通常由服務提供商提供形成鮮明對照。

⑥ 便于安裝、維護和擴充，建網成本低、周期短。

盡管局域網地理覆蓋范圍小，但這并不意味著它們必定是小型的或簡單的網絡。局域網可以擴展得相當大或者非常復雜，配有成千上萬用戶的局域網也是很常見的事。

局域網的應用范圍極廣，可應用于辦公自動化、生產自動化、企事業單位的管理、銀行業務處理、軍事指揮控制、商業管理等方面。局域網的主要功能是為了實現資源共享，其次是為了更好地實現數據通信與交換以及數據的分布處理。

一般來說，決定局域網特性的主要技術要素是網絡拓撲結構、傳輸介質與介質訪問控制方法。

4.1.2 局域網的拓撲結構

局域網與廣域網的一個重要區別在于它們覆蓋的地理范圍。由于局域網設計的主要目標是覆蓋一個公司、一所大學、或一幢甚至幾幢大樓的“有限的地理范圍”，因此它的基本通信機制上選擇了“共享介質”方式和“交換”方式。因此，局域網在傳輸介質的物理連接方式、介質訪問取控制方法上形成了自己的特點，在網絡拓撲上主要采用總線型、環型與星型結構。

1．總線型拓撲結構

總線型拓撲是局域網最主要的拓撲結構之一，如圖4.1所示。所有的站點都直接連接到一條作為公共傳輸介質的總線上，所有節點都可以通過總線傳輸介質發送或接收數據，但一段時間內只允許一個節點利用總線發送數據。當一個節點利用總線傳輸介質以“廣播”方式發送信號時，其他節點都可以“收聽”到所發送的信號。由于總線作為公共傳輸介質為多個節點所共享，所以在總線型拓撲結構中就有可能出現同一時刻有兩個或兩個以上節點利用總線發送數據的情況，這種現象被稱為“沖突”（Collision）。沖突會造成數據傳輸的失效，因為接收節點無法從所接收的信號中還原出有效的數據。需要提供一種機制用于解決沖突問題。

總線拓撲的優點是：結構簡單，實現容易；易于安裝和維護；價格低廉，用戶站點入網靈活。

總線型結構的缺點是：傳輸介質故障難以排除；并且由于所有節點都直接連接在總線上，因此任何一處故障都會導致整個網絡的癱瘓。

2．環型拓撲結構

在環型拓撲結構中，所有的節點通過通信線路連接成一個閉合的環。在環中，數據沿著一個方向繞環逐站傳輸，如圖4.2所示。環型拓撲結構也是一種共享介質結構，多個節點共享一條環通路。為了確定環中每個節點在什么時候可以傳送數據幀，同樣要提供旨在解決沖突問題介質訪問控制。

由于信息包在封閉環中必須沿每個節點單向傳輸，因此，環中任何一段的故障都會使各站之間的通信受阻。為了增加環形拓撲可靠性，還引入了雙環拓撲。所謂雙環拓撲就是在單環的基礎上在各站點之間再連接一個備用環，從而當主環發生故障時，由備用環繼續工作。

環型拓撲結構的優點是能夠較有效地避免沖突，其缺點是環型結構中的網卡等通信部件比較昂貴且管理復雜得多。

3．星型拓撲結構

星型拓撲結構是由中央節點和一系列通過點到點鏈路接到中央節點的節點組成的，如圖4.3所示。各節點以中央節點為中心相連接，各節點與中央節點以點對點方式連接。任何兩節點之間的數據通信都要通過中央節點，中央節點集中執行通信控制策略，主要完成節點間通信時物理連接的建立、維護和拆除。

星型拓撲結構簡單，管理方便，可擴充性強，組網容易。利用中央節點可方便地提供網絡連接和重新配置；且單個連接點的故障只影響一個設備，不會影響全網，容易檢測和隔離故障，便于維護。