2.1 局域網技術簡介

根據網絡覆蓋的范圍，網絡可分為局域網（Local Area Network, LAN）、城域網（Metropolitan Area Network, MAN）和廣域網（Wide Area Network, WAN）。局域網是指覆蓋范圍在10km之內的網絡，如校園網、企業網等，本書涉及的內容主要應用于局域網。

在網絡體系結構中，常見的局域網運行的協議有以太網協議（IEEE 802.3）、令牌總線（IEEE 802.4）、令牌環網（IEEE 802.5）。因為目前大部分局域網以IEEE 802.3網絡協議為基礎運行，所以局域網也常常稱為以太網。隨著網絡技術的發展，以太網的傳輸速率越來越快，目前網絡設備中網絡端口支持的以太網速率一般為100Mbit/s（百兆）、1GB/s（千兆）、10GB/s（萬兆）。其中，100Mbit/s網絡端口將逐漸被淘汰，1GB/s網絡端口目前使用最為廣泛，其采用超五類或六類雙絞線作為傳輸介質；10GB/s網絡端口一般用于主干線路，多采用光纖作為傳輸介質。

根據以太網的發展過程，以太網有兩種組網形式，分別為共享式以太網和交換式以太網。

2.1.1 共享式以太網

1．總線型共享式以太網

共享式以太網是早期局域網技術應用的主流，最初構建在總線型拓撲結構上，使用同軸電纜的細纜或粗纜作為公用總線連接其他節點，其中一個節點是網絡服務器，提供網絡通信及資源共享服務，其余節點是網絡的工作站，總線的兩端安裝一對50Ω的終端匹配器，如圖2-1所示。

共享式以太網采用廣播通信方式，總線長度和工作站數目都是有限制的，通常情況下工作站為30臺左右?？偩€型共享式以太網最大的問題就是連接的可靠性很差，只要有一臺工作站出現網絡故障，就會造成整個網絡癱瘓，而且故障點查找十分困難。所以總線型網絡在局域網中目前已基本不使用。

2．星形共享式以太網

隨著技術的發展，星形結構的共享式以太網逐漸取代總線結構的共享式網。星形共享式以太網通過集線器（Hub）和雙絞線將終端設備連接起來，避免了總線型共享式網的缺陷，而且利用多臺集線器通過級聯或堆疊方式擴展組網。目前局域網雖然不再是共享式網絡，但仍采用星形結構的組網方式，如圖2-2所示。

3．共享式以太網的缺點

以太網采用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測協議（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）實現對介質的訪問控制。當以太網中的一臺主機要傳輸數據時，它將按如下步驟進行。

1）偵聽信道上是否有信號正在傳輸，如果有，表明信道處于占用狀態，就繼續偵聽，直到信道空閑為止。

2）若沒有偵聽到任何信號，就傳輸數據。

3）傳輸的時候繼續偵聽，如發現沖突，則執行退避算法，隨機等待一段時間后，重新執行步驟1）（當沖突發生時，涉及沖突的計算機會發送一個擁塞序列，告知所有的節點）。

4）若未發現沖突，則發送成功，計算機會返回到偵聽信道狀態。

共享式以太網由于采用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測協議，因此是以爭用方式使用信道，這就造成了沖突現象，形成了沖突域。理論上無論網絡規模有多大，所有接入到此網絡的設備都處于同一個沖突域中。沖突域內的一臺主機發送數據時，處于同一個沖突域內的其他主機都可以接收到，但只能接收數據，不能發送數據，否則將引起沖突，導致發送失敗。

因此，一個共享式以太網中接入的設備越多，沖突就越多，導致信息傳輸的失敗增加，對于用戶而言就是網速降低，帶寬下降。同時，網絡上還有許多廣播信息在進行傳輸，而對于共享式以太網而言，整個沖突域也是廣播域，這將進一步造成傳輸困難。共享式以太網所用的集線器屬于物理層設備，無法縮小沖突域，為了改變這一情況，最簡單的方法就是使用數據鏈路層設備，而最典型的數據鏈路層設備就是交換機。當采用交換機替代集線器后，共享式以太網就變成了交換式以太網。

2.1.2 交換式以太網

交換式以太網是以交換機（Switch）為中心構成的一種星形拓撲結構的局域網，是目前運用的非常廣泛的網絡結構。

以太網交換機最早出現在1995年，其前身是網橋，交換機使用的算法與網橋基本相同，交換機可簡單理解為是一個多端口的網橋，連接在端口上的主機或網段獨享帶寬。交換機的算法相對簡單，硬件廠商將算法進行固化，生產出了交換機的核心ASIC（Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路）芯片，從而實現了基于硬件交換的高速交換機。雖然交換式以太網仍然在半雙工的端口上采用載波偵聽多路訪問/沖突檢測協議進行工作，但由于將物理層的集線器換成了數據鏈路層的交換機，因此交換式以太網無論在性能上還是功能上都得到了極大的提升，成為現在局域網的主要形式。交換式以太網主要有以下幾個優點。

1）交換式以太網突出的優點是不需要大規模改變已有網絡，如電纜和用戶設備的網卡等，僅使用交換機替換集線器就可將共享式以太網轉換為交換式以太網，交換機端口可兼容低速設備，實現不同網絡的連接，節省了網絡改造的費用。

2）交換式以太網同時提供多個通道，比傳統的共享式以太網提供更多的帶寬，傳統的共享式以太網采用廣播通信方式，每次只能在一對用戶間進行通信，如果發生碰撞還得重試，而交換式以太網允許不同用戶間進行傳送，例如一個24端口的以太網交換機允許24個站點在12條鏈路間同時通信。

3）交換機在時間響應方面的優點使交換機在局域網中倍受青睞。使用交換機比使用路由器成本低，卻提供了比路由器更高的帶寬。在不考慮連接廣域網或者復雜結構局域網的情況下，可以用交換機替代路由器。

交換機已具備豐富的功能，除強大的處理能力以外，還包括VLAN劃分、生成樹協議、組播支持、服務質量等。交換機和路由器已成為局域網組網的核心關鍵設備，交換式以太網成為目前高可靠的組網方式。