第八章常用的局域網技術8.1概述

8.2局域網拓撲結構的選擇

8.3局域網體系結構

8.4介質訪問控制方法

8.5以太網本章小結

習題

8.1

概述

局域網是指地理范圍在幾十米到幾千米內的辦公樓群或校園內計算機相互連接所構成的計算機網絡。一個局域網可以容納幾臺至幾千臺計算機。按局域網的特性看，局域網可被廣泛應用于校園、工廠及企事業單位的個人計算機或工作站的組網。局域網最主要的特點是：網絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數目均有限。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，甚至只在一個園區、一幢建筑或一個房間內。

(2)數據的傳輸速率比較高，從最初的1Mb/s到后來的10Mb/s、100Mb/s，近年來已達到1000Mb/s、10000Mb/s。

(3)具有較低的延遲和誤碼率，其誤碼率一般為10-8～10-11。

(4)局域網絡的經營權和管理權屬于某個單位所有，與廣域網通常由服務提供商提供形成鮮明對照。

(5)便于安裝、維護和擴充，建網成本低、周期短。8.2局域網拓撲結構的選擇

拓撲結構的選擇往往和傳輸介質的選擇以及介質訪問控制方法的確定緊密相關。選擇拓撲時，應該考慮的主要因素有以下幾點：

(1)經濟性。網絡拓撲的選擇直接決定了網絡安裝和維護的費用。安裝費用的高低與拓撲結構的選擇以及傳輸介質的選擇、傳輸距離的確定有關。

(2)擴展性。靈活性以及可擴充性也是選擇網絡拓撲結構時應充分重視的問題。任何一個網絡，隨著用戶數的增加，網絡應用的深入和擴大，網絡新技術的不斷涌現，特別是應用方式和要求的改變，網絡經常需要加以調整。一般說來，總線型拓撲和環型拓撲要比星型拓撲的可擴充性好得多。

(3)可靠性。網絡的可靠性是任何一個網絡的生命。網絡拓撲決定了網絡故障檢測和故障隔離的方便性。總之，選擇局域網拓撲時，需要考慮的因素很多，這些因素同時影響網絡的運行速度和網絡軟硬件接口的復雜程度等。8.3局域網體系結構局域網的體系結構與OSI模型有較大的區別，如圖8-1所示，局域網只涉及OSI的物理層和數據鏈路層。不同局域網技術的區別主要在物理層和數據鏈路層，當這些不同的局域網需要在網絡層實現互聯時，可以借助其他已有的通用網絡層協議(如IP協議)實現。圖8-1IEEE802局域網實現模型

1．物理層局域網的物理層與OSI參考模型的物理層功能相當，主要涉及局域網物理鏈路上原始比特流的傳輸，定義局域網物理層的機械、電氣、規程和功能特性(如信號的傳輸與接收、同步序列的產生和刪除等)，以及物理連接的建立、維護、撤銷等。物理層由以下4個部分組成：

(1)物理介質相關(PMD)子層：提供與線纜的物理連接。

(2)物理介質連接設備(PMA)：生成發送到線路上的信號，并接收線路上的信號。

(3)連接單元接口(AUI)。

(4)物理信號(PS)。

2．數據鏈路層局域網的數據鏈路層分為邏輯鏈路控制(LLC)和介質訪問控制(MAC)兩個功能子層。其中，MAC子層負責介質訪問控制機制的實現，即處理局域網中各站點對共享通信介質的爭用問題，不同類型的局域網通常使用不同的介質訪問控制協議，另外，MAC子層還涉及局域網中的物理尋址；而LLC子層負責屏蔽掉MAC子層的不同實現，將其變成統一的LLC界面，從而向網絡層提供一致的服務，LLC子層向網絡層提供的服務通過與網絡層之間的邏輯接口實現，這些邏輯接口又被稱為服務訪問點(SAP，ServiceAccessPoint)。8.4介質訪問控制方法

8.4.1信道分配問題

通常可將信道分配方法劃分為兩類：靜態分配方法和動態分配方法。

1．靜態分配方法所謂靜態分配方法也是傳統的分配方法，它采用頻分多路復用或時分多路復用的辦法將單個信道劃分后靜態地分配給多個用戶。當用戶站數較多或使用信道的站數在不斷變化或者通信量的變化具有突發性時，靜態頻分多路復用方法的性能較差，因此，傳統的靜態分配方法不完全適合計算機網絡。

2．動態分配方法

所謂動態分配方法就是動態地為每個用戶站點分配信道使用權。動態分配方法通常有三種：輪轉、預約和爭用。

(1)輪轉：使每個用戶站點輪流獲得發送的機會，這種技術稱為輪轉。它適合于交互式終端對主機的通信。

(2)預約：預約是指將傳輸介質上的時間分隔成時間片，網上用戶站點若要發送，必須事先預約能占用的時間片。這種技術適用于數據流的通信。

(3)爭用：若所有用戶站點都能爭用介質，這種技術稱為爭用。它實現起來簡單，對輕負載或中等負載的系統比較有效，適用于突發式通信。8.4.2介質訪問控制方法介質訪問控制方法的主要內容有兩個方面：一是要確定網絡上每一個節點能夠將信息發送到介質上去的特定時刻；二是要解決如何對共享介質訪問和利用加以控制。常用的介質訪問控制方法有三種：總線結構的帶沖突檢測的載波監聽多路訪問(CSMA/CD)方法、環型結構的令牌環(TokenRing)訪問控制方法和令牌總線(TokenBus)訪問控制方法。

1．帶沖突檢測的載波監聽多路訪問(CSMA/CD)

CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)是采用爭用技術的一種介質訪問控制方法。CSMA/CD通常用于總線型拓撲結構和星型拓撲結構的局域網中。它的每個站點都能獨立決定發送幀，若兩個或多個站同時發送，即產生沖突。每個站都能判斷是否有沖突發生，如發生沖突，則等待隨機時間間隔后重發，以避免再次發生沖突。

CSMA/CD的工作原理可概括成四句話，即先聽后發，邊發邊聽，沖突停止，隨機延遲后重發。具體過程如下：

當一個站點想要發送數據的時候，它檢測網絡查看是否有其他站點正在傳輸，即監聽信道是否空閑；

如果信道忙，則等待，直到信道空閑；

如果信道閑，站點就傳輸數據；

在發送數據的同時，站點繼續監聽網絡，確信沒有其他站點在同時傳輸數據。因為有可能兩個或多個站點都同時檢測到網絡空閑然后幾乎在同一時刻開始傳輸數據，如果兩個或多個站點同時發送數據，就會產生沖突；

當一個傳輸節點識別出一個沖突，它就發送一個擁塞信號，這個信號使得沖突的時間足夠長，讓其他的節點都能發現；

其他節點收到擁塞信號后，都停止傳輸，等待一個隨機產生的時間間隙(回退時間，BackoffTime)后重發。

2．令牌環訪問控制

TokenRing是令牌傳輸環(TokenPassingRing)的簡寫。令牌環介質訪問控制方法是通過在環形網上傳輸令牌的方式來實現對介質的訪問控制。只有當令牌傳輸至環中某站點時，它才能利用環路發送或接收信息。當環線上各站點都沒有幀發送時，令牌標記為01111111，稱為空標記。當一個站點要發送幀時，需等待令牌通過，并將空標記置換為忙標記01111110，緊跟著令牌，用戶站點把數據幀發送至環上。由于是忙標記，所以其他站點不能發送幀，必須等待。歸納起來，在令牌環中主要有下面三種操作：

(1)截獲令牌并且發送數據幀。如果沒有節點需要發送數據，令牌就由各個節點沿固定順序逐個傳遞；如果某個節點需要發送數據，它要等待令牌的到來，當空閑令牌傳到這個節點時，該節點修改令牌幀中的標志，使其變為“忙”的狀態，然后去掉令牌的尾部，加上數據，成為數據幀，發送到下一個節點。

(2)接收與轉發數據。數據幀每經過一個節點，該節點就比較數據幀中的目的地址，如果不屬于本節點，則轉發出去；如果屬于本節點，則復制到本節點的計算機中，同時在幀中設置已經復制的標志，然后向下一節點轉發。

(3)取消數據幀并且重發令牌。由于環網在物理上是個閉環，一個幀可能在環中不停地流動，所以必須清除。當數據幀通過閉環重新傳到發送節點時，發送節點不再轉發，而是檢查發送是否成功。如果發現數據幀沒有被復制(傳輸失敗)，則重發該數據幀；如果發現傳輸成功，則清除該數據幀，并且產生一個新的空閑令牌發送到環上。

3．令牌總線訪問控制令牌總線(TokenBus)訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯環，令牌在邏輯環路中依次傳遞，其操作原理與令牌環相同。它同時具有上述兩種方法的優點，是一種簡單、公平、性能良好的介質訪問控制方法。8.5以太網

8.5.1標準以太網圖8-2給出了IEEE802.3幀結構，各字段的功能如下。圖8-2IEEE802.3幀結構

前導同步碼由7個同步字節組成，用于收發之間的定時同步；

SFD是幀起始定界符；

目的地址是幀發往的站點地址，每個站點都有自己惟一的地址；

源地址是幀發送的站點地址；

數據長度是要傳輸數據的總長度；

協議首部是數據字段的一部分，含有更高層協議嵌入數據字段中的信息；

數據字節的長度可為0～1518字節，但必須保證幀不得小于64字節，否則就要填入填充字節；

幀校驗占用4字節，采用CRC碼，用于校驗幀傳輸中的差錯。

2．以太網地址以太網使用的是MAC地址，即IEEE802.3以太網幀結構中定義的地址。每塊網卡出廠時，都被賦予一個MAC地址，網卡的實際地址共有6字節。以太網在物理層可以使用粗同軸電纜、細同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、光纖等多種傳輸介質，并且在IEEE802.3標準中，為不同的傳輸介質制定了不同的物理層標準。

3．以太網MAC子層

IEEE802.3以太網是一種總線型局域網，使用的介質訪問控制子層方法是CSMA/CD(載波監聽多路訪問/沖突檢測)，幀格式采用以太網格式，即802.3幀格式，以太網是基帶系統，使用曼徹斯特編碼，通過檢測通道上的信號存在與否來實現載波檢測。

4．常用以太網

(1)?10Base-5。10Base-5是以太網最初的電纜標準，它使用粗同軸電纜，所以也稱為Thicknet或Thickethernet。10Base-5使用總線拓撲結構，“10”表示信號的傳輸速率為10Mb/s，“Base”表示信道上傳輸的是基帶信號，在10Base-5中，“5”表示它的最大電纜距離為500m。

(2)?10Base-2。10Base-2是以太網的一種變形，根據IEEE802.3標準，它使用細同軸電纜和單總線拓撲結構，因此10Base-2也稱為Thinnet或ThinEthernet。10Base-2也使用基帶傳輸，最大傳輸速率也為10Mb/s，節點與集線器之間電纜的最大距離限制為185m。

(3)?10Base-T。10Base-T是以太網中最常用的一種標準，“T”是英文Twisted-pair(雙絞線電纜)的縮寫，說明使用雙絞線電纜作為傳輸介質，采用曼徹斯特編碼方式。圖8-3給出了一個以集線器為星型拓撲中央節點的10Base-T網絡示例，所有的工作站都通過傳輸介質連接到集線器HUB上，工作站與HUB之間的雙絞線最大距離為100m，網絡擴展可以采用多個HUB來實現，HUB之間的連接可以使用雙絞線、同軸電纜或粗纜線。圖8-310Base-T網絡示意圖與10Base-5和10Base-2相比，10Base-T以太網有如下特點：

安裝簡單、擴展方便；網絡的建立靈活、方便，可以根據網絡的大小，選擇不同規格的HUB或交換機連接在一起，形成所需要的網絡拓撲結構；

網絡的可擴展性強，因為擴充與減少工作站都不會影響或中斷整個網絡的工作；

集線器或交換機可以起到很好的故障隔離作用。當某個工作站與中央節點之間的連接出現故障時，也不會影響其他節點的正常運行。

(4)?10Base-F。10Base-F是基于曼徹斯特信號編碼，以光纖為傳輸介質的10Mb/s以太網系統。10Base-F包括10Base-FL，10Base-FB和10Base-FP，被定義在IEEE802.3j規范中。表8-1給出了常見以太網物理層標準之間的比較。10Base-T網絡與10Base-2，10Base-5網絡是相互兼容的。在以太網后來的發展中，以太網技術也仍然保留了這種標準的幀格式，從而使得所有的以太網系列技術之間能夠相互兼容。表8-1IEEE802.3以太網的基本特性8.5.2令牌環網

1．概述令牌環(TokenRing)網最早起源于1985年IBM推出的環形基帶網絡。IEEE802.5標準定義了令牌環網的國際規范。構建TokenRing網絡時，需要TokenRing網卡、TokenRing集線器和傳輸介質等。圖8-4給出了一個TokenRing組網的示例。其物理拓撲在外表上為星型結構，星型拓撲的中心是一個被稱為介質訪問單元(MediaAccessUnit，MAU)的集線裝置，MAU有增強信號的功能，它可以將前一個節點的信號增強后再送至下一個節點，以穩定信號在網絡中的傳輸。TokenRing采用的仍是一個物理環的結構。圖8-4令牌環網集線器的內部結構集線器可以擁有4、8、12或16個連接端口，另外還有兩個名為入環(RI，Ring-In)和出環(RO，Ring-Out)的專用端口。當要建立的環網節點數大于集線器的端口數時，則使用集線器上的RI和RO端口進行集線器的互聯以擴大網絡規模。令牌環網在MAC子層采用令牌傳輸的介質訪問控制方法，所以在令牌環網中有兩種MAC層的幀，即令牌幀和數據/命令幀。

2.令牌環網的工作原理令牌環網中只有擁有令牌的工作站才有權發送信息。令牌環的工作流程如8-5所示。第一步：令牌在環中流動，C站有信息發送，截獲了令牌。第二步：C站發送數據給A站，A站接收并轉發數據。第三步：C站等待并接收它所發的幀，并將該幀從環上撤離。第四步：C站收完所發幀的最后一比特后，重新產生令牌發送到環上。圖8-5令牌環工作過程8.5.3共享式以太網和交換式以太網

1.共享式以太網傳統的共享式以太網在網絡應用和組網過程中，有以下主要缺點：

(1)覆蓋的地理范圍有限。按照CSMA/CD的有關規定，以太網覆蓋的地理范圍是固定的，如果超過限定范圍，網絡通信就會出現問題。

(2)網絡總帶寬容量固定。共享式以太局域網上的所有節點共享同一傳輸介質。網絡中的沖突和碰撞會造成發送節點延遲和重發，進而浪費網絡帶寬。隨著網絡節點數的增加，沖突和碰撞必然加大，相應的帶寬浪費也會越大。

(3)不能支持多種速率。共享式以太局域網中的網絡設備必須保持相同的傳輸速率，否則一個設備發送的信息另一個設備不可能收到。單一的共享式以太網不可能提供多種速率的設備支持。

2．交換式以太網交換式以太網利用以太網交換機組網，既可以將計算機直連到交換機的端口上，也可以將它們連入一個網段，然后將這個網段連到交換機的端口。如果將計算機直接連到交換機的端口，那么它將獨享該端口提供的帶寬；如果計算機通過以太網連入交換機，那么該以太網上的所有計算機共享交換機端口提供的帶寬。8.5.4高速以太網

速率達到或超過100Mb/s的以太網稱為高速以太網。

1.快速以太網技術

快速以太網技術100Base-T是由10Base-T標準以太網發展而來的，主要解決網絡帶寬在局域網絡應用中的瓶頸問題。快速以太網采用4B/5B編碼方式，效率更高。圖8-6給出了一個采用100Mb/s交換機進行組網的快速以太網的例子。由于快速以太網是從10Base-T發展而來的，并且保留了IEEE802.3的幀格式，所以10Mb/s以太網可以非常平滑地過渡為100Mb/s的快速以太網。圖8-6100Base-T快速以太網組網舉例

2.千兆位以太網技術千兆位以太網標準是對以太網技術的再次擴展，其數據傳輸率為1000Mb/s即1Gb/s，因此也稱吉比特以太網。千兆位以太網基本保留了原有以太網的幀結構，所以向下與標準以太網和快速以太網完全兼容。千兆位以太網的物理層包括1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-CX和1000Base-T4個協議標準。

1)?1000Base-SX標準

1000Base-SX采用芯徑為62.5μm和50μm的多模光纖，工作波長為850nm，傳輸距離為260m和525m。數據編碼方法為8B/10B，適合作為大樓網絡系統的主干通路。

2)?1000Base-LX標準

1000Base-LX可采用芯徑為50μm和62.5μm的多模光纖，工作波長為850nm，傳輸距離為550m，數據編碼方法為8B/10B，適用于作為大樓網絡系統的主干通路。

1000Base-LX也可采用芯徑為9μm的單模光纖，工作波長為1300nm或1550nm，數據編碼方法采用8B/10B，適用于校園或城域主干網。

3)?1000Base-CX標準

1000Base-CX標準采用150?平衡屏蔽雙絞線(STP)，傳輸距離為25m，傳輸速率為

1.25Gb/s，數據編碼方法采用8B/10B，適用于集群網絡設備的互聯，例如機房內連接網絡服務器。

4)?1000Base-T標準

1000Base-T采用4對5類UTP雙絞線，傳輸距離為100m，傳輸速率為1Gb/s，主要用于結構化布線中同一層建筑的通信。千兆位以太網的主要優點如下：

簡易性：千兆位以太網保持了經典以太網在技術原理、安裝實施和管理維護方面的簡易性，這是千兆位以太網成功的基礎之一。

技術過渡的平滑性：千兆位以太網保持了經典以太網的主要技術特征，采用CSMA/CD介質管理協議，采用相同的幀格式及幀的大小，支持全雙工、半雙工工作方式，以確保平滑過渡。

網絡可靠性：千兆位以太網保持了經典以太網的安裝、維護方法，采用中央集線器和交換機的星型結構和結構化布線方法，因此具有很高的可靠性。

可管理性和可維護性：千兆位以太網采用簡單網絡管理協議(SNMP)，即經典以太網的故障查找和排除工具，非常利于集中管理和維護。

千兆位以太網的網絡成本包括設備成本、通信成本、管理成本、維護成本及故障排除成本。由于繼承了經典以太網的技術，因此整體成本下降。

隨著計算機技術和應用的發展，出現了許多新的應用模式，對網絡提出了更高的要求。千兆位以太網具有支持新應用與新數據類型的高速傳輸能力。圖8-7給出了一個將千兆位以太網用于網絡主干的應用實例，該網絡采用了典型的層次化網絡設計方法。圖8-7千兆位以太網的應用舉例

3.萬兆位以太網技術

1999年底成立了IEEE802.3ae工作組進行萬兆位以太網技術(10Gb/s)的研究，并于2002年正式發布IEEE802.3ae10GE標準。萬兆位以太網不僅再度擴展了以太網的帶寬和傳輸距離，更重要的是使得以太網從局域網領域向城域網領域滲透。萬兆位以太網相對于千兆位以太網擁有絕對的優勢和特點：

(1)萬兆位以太網是一種只采用全雙工與光纖的技術，PCS層由信息的編碼方式(如64B/66B)、串行或多路復用等功能組成。

(2)萬兆位以太網技術基本承襲了以太網、快速以太網及千兆位以太網技術。

(3)萬兆位標準意味著以太網將具有更高的帶寬(10Gb/s)和更遠的傳輸距離(最長傳輸距離可達40km)。

(4)在企業網中采用萬兆位以太網可以最好地連接企業網骨干路由器，提高了網絡性能。

(5)萬兆位以太網技術提供了更多的更新功能，大大提升了QoS。萬兆位以太網還有以下十分明顯的應用特征：

結構簡單、管理方便、價格低廉。

現在可以采用萬兆位互聯，甚至4個萬兆位捆綁互聯，達到40Gb/s的寬帶水平。

采用萬兆位以太網，網絡管理者可以用實時方式或歷史累積方式輕松地看到第二～七層的網絡流量。

網絡可平滑升級，保護了用戶的投資。

4．以太網的應用和展望

1)萬兆位以太網的應用場合隨著千兆到桌面的日益普及，萬兆位以太網技術將會在匯聚層和骨干層廣泛應用。萬兆位以太網最先應用的場合包括教育行業、數據中心出口和城域網骨干。

(1)在教育網的應用。如圖8-8所示，利用高速鏈路構建校園網的骨干鏈路和各分校區與本部之間的連接，可實現端到端的以太網訪問，進而提高傳輸效率，有效保證遠程多媒體教學和數字圖書館等業務的開展。圖8-810Gb/s以太網在校園網的應用

(2)在數據中心出口的應用。10Gb/s高速鏈路可為數據中心出口提供充分的帶寬保障，如圖8-9所示。圖8-910Gb/s以太網在數據中心的應用

(3)在城域網的應用。如圖8-10所示，在城域網骨干層部署10Gb/s以太網可大大簡化網絡結構、降低成本、便于維護，通過端到端以太網打造低成本、高性能且具有豐富業務支持能力的城域網。圖8-1010Gb/s以太網直接作為城域網骨干

10Gb/s以太網在城域網中的應用主要有兩個方面：

直接采用10Gb/s以太網取代原來的傳輸鏈路，作為城域網骨干，如圖8-10所示；

通過10Gb/sCWDM接口或WAN接口與城域網的傳輸設備相連接，充分利用已有的SDH或DWDM骨干傳輸資源，如圖8-11所示。‰圖8-1110Gb/s以太網與城域網骨干的連接

2)萬兆位以太網的局限性首先，在價格方面，目前一個10Gb/s端口的價格是1Gb/s端口的100倍左右，尤其是在帶寬得不到充分利用的情況下，會造成投資的極大浪費。其次，萬兆位以太網繼承了以太網一貫的弱QoS特點，如何進行有保障的區分業務承載的問題仍然沒有解決，RPR、MPLS等特性的支持尚不成熟。第三，10Gb/s以太網要求設備具有強大的處理能力，而目前業界有些廠商推出的10Gb/s端口并未實現真正的線速處理，帶寬優勢大打折扣。8.5.5其他種類的高速局域網

1.光纖分布式數據接口光纖分布式數據接口(FDDI)是目前成熟的LAN技術中傳輸速率最高(可達100Mb/s)的一種。該網絡是一種令牌環網，使用令牌作為共享介質的訪問控制方法，并支持多種拓撲結構，一般采用環型拓撲結構。每一個FDDI環可以連接500臺工作站，工作站間的距離可達2km，FDDI的單環網絡范圍可達100km，若以雙環結構來看則可達200km。FDDI有完整的國際標準，有眾多廠商的支持。FDDI和IEEE802.5的主要參數對比如表8-2所示。表8-2FDDI和IEEE802.5的主要參數對比

2.高性能并行接口高性能并行接口(HIPPI，High-PerformanceParallelInterface)主要用于超級計算機與一些外圍設備(如大容量存儲器、圖形工作站等)的高速接口。HIPPI是一個ANSI標準，HIPPI的數據傳輸速率從最初的800Mb/s升到1600Mb/s，甚至最高的達6.4Gb/s。

3.光纖通道

光纖通道可處理數據通道和網絡的連接。光纖通道支持三類服務：純電路交換、保證交付的分組交換、不保證交付的分組交換。光纖通道的物理媒體可使用單模光纖和多模光纖(50μm和62.5μm兩種)。8.5.6無線局域網無線局域網(WLAN，WirelessLocalAreaNetwork)就是指采用無線傳輸介質的局域網。

1.無線局域網標準

IEEE802.11規范覆蓋了無線局域網的物理層和MAC子層。參照OSI參考模型，IEEE802.11系列規范主要從WLAN的物理層和MAC層兩個層面制定系列規范，物理層標準規定了無線傳輸信號等基礎規范，分別為紅外線(IR)基帶物理層和兩種無線頻率(RF)物理層。兩種無線頻率物理層指工作在2.4GHz頻段上的跳頻擴展頻譜(FHSS)方式以及直接序列式擴頻(DSSS)方式。目前IEEE802.11規范的實際應用以使用DSSS方式為主流。下面分別介紹這三種方式。

(1)紅外線方式。紅外線局域網采用波長小于1μｍ的紅外線作為傳輸媒介，有較強的方向性，受陽光干擾大。它支持1～2Mb/s數據速率，適于近距離通信。

(2)直接序列式擴頻(DSSS)。直接序列式擴頻就是使用具有高碼率的擴頻序列，在發射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。

(3)跳頻擴展頻譜(FHSS)。跳頻技術是另外一種擴頻技術。跳頻的載頻受一個偽隨機碼的控制，在其工作帶寬范圍內，其頻率按隨機規律不斷改變頻率。接收端的頻率也按隨機規律變化，并保持與發射端的變化規律一致。

2.無線局域網設備組建無線局域網的無線網絡設備主要包括無線網卡、無線訪問接入點、無線網橋和天線，幾乎所有的無線網絡產品中都自含無線發射/接收功能。

(1)無線網卡在無線局域網中的作用相當于有線網卡在有線局域網中的作用。按無線網卡的總線類型，可分為適用于臺式機PCI接口的無線網卡和適用筆記本PCMCIA接口的無線網卡，如圖8-12所示。筆記本和臺式機均使用USB接口的無線網卡，如圖8-13所示。圖8-12筆記本無線網卡圖8-13USB無線網卡圖8-14無線網橋

(4)無線路由器則集成了無線AP的接入功能和路由器的第三層路徑選擇功能。

(5)天線(Antenna)是將信號源發送的信號借由天線傳輸至遠處。天線一般有所謂的定向性(Uni-directional)與全向性(Omni-directional)之分，前者較適合于長距離使用，而后者則較適合區域性應用。

3．無線局域網的組網模式

(1)自組網絡(Ad-Hoc)模式。自組網絡又稱對等網絡，是最簡單的無線局域網結構，是一種無中心的拓撲結構，網絡連接的計算機具有平等的通信關系，僅適用于較少數的計算機無線互聯(通常是在5臺主機以內)，如圖8-15所示。這些計算機要有相同的工作組名和密碼(如果適用)。任何時間，只要兩個或更多的無線網絡接口互相都在彼此的范圍之內，就可以建立一個獨立的網絡；可以實現點對點與點對多點連接。

(2)基礎結構網絡(Infrastucture)模式。當具有一定數量用戶或是需要建立一個穩定的無線網絡平臺時，一般會采用以AP為中心的模式，將有限的“信息點”擴展為“信息區”，這種模式也是無線局域網最為普通的構建模式，即基礎結構模式，采用固定基站的模式。在基礎結構網絡中，要求有一個無線固定基站充當中心站，所有站點對網絡的訪問均由其控制，如圖8-16所示。圖8-15對等無線網絡

圖8-16基礎結構無線網絡通過無線接入訪問點、無線網橋等無線中繼設備還可以把無線局域網與有線網連接起來，并允許用戶有效地共享網絡資源，如圖8-17所示。中繼站不僅僅提供與有線網絡的通信，也為網上鄰居解決了無線網絡擁擠的問題。圖8-17無線局域網與有線網絡的結合實例

(3)無線Internet接入。目前，許多公司開始利用WLAN的方式提供移動Internet接入，在賓館、機場候車大廳等地區架設WLAN，然后通過DSL或FTTX等方式相結合，為人們提供無線上網的條件。雖然無線網絡有諸多優勢，但與有線網絡相比，無線局域網也存在一些不足，如網絡速率較慢，價格較高，數據傳輸的安全性有待進一步提高。因而無線局域網目前主要還是面向有特定需求的用戶，作為對有線網絡的一種補充。但也應該看到，隨著無線局域網性價比的不斷提高，它將會在未來發揮更加重要和廣泛的作用。8.5.7虛擬局域網

1.虛擬局域網概述虛擬局域網(VLAN，VirtualLocalAreaNetwork)是以局域網交換機為基礎，通過交換機軟件實現根據功能、部門、應用等因素將設備或用戶組成虛擬工作組或邏輯網段的技術。其最大的特點是在組成邏輯網時無需考慮用戶或設備在網絡中的物理位置。VLAN可以在一個交換機或者跨交換機實現。在IEEE802.1q標準中對虛擬局域網是這樣定義的：虛擬局域網是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。利用以太網交換機可以很方便地實現虛擬局域網。虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網。圖8-18給出一個關于VLAN劃分的示例。圖中使用了4個交換機的網絡拓撲結構，有9個工作站分配在3個樓層中，構成了3個局域網，即LAN1：(A1，B1，C1)；LAN2：(A2，B2，C2)；LAN3：(A3，B3，C3)。圖8-18虛擬局域網的示例但這9個用戶劃分為3個工作組，也就是說劃分為3個虛擬局域網。即VLAN1：(A1，A2，A3)；VLAN2：(B1，B2，B3)；VLAN3：(C1，C2，C3)。在虛擬局域網上的每一個站都可以聽到同一虛擬局域網上其他成員所發出的廣播。如工作站B1，B2，B3同屬于虛擬局域網VLAN2。當B1向工作組內成員發送數據時，B2和B3將會收到廣播的信息(盡管它們沒有連在同一交換機上)，但A1和C1不會收到B1發出的廣播信息(盡管它們連在同一個交換機上)。

2.虛擬局域網的優點采用VLAN后，在不增加設備投資的前提下，可在許多方面提高網絡的性能，并簡化網絡的管理。具體表現在以下幾方面：

提供了一種控制網絡廣播的方法。基于交換機組成的網絡的優勢在于可提供低時延、高吞吐量的傳輸性能，但其會將廣播包發送到所有互連的交換機、所有的交換機端口、干線連接及用戶，從而引起網絡中廣播流量的增加，甚至產生廣播風暴；

提高了網絡的安全性。VLAN的數目及每個VLAN中的用戶和主機是由網絡管理員決定的；

簡化了網絡管理。VLAN不受網絡用戶的物理位置限制而根據用戶需求進行網絡管理；大大減少了在網絡中增加、刪除或移動用戶時的管理開銷；

提供了基于第二層的通信優先級服務。

3.虛擬局域網工作方式

(1)基于交換端口的VLAN。這種方式是把局域網交換機的某些端口的集合作為VLAN的成員。這些集合有時只在單個局域網交換機上，有時則跨越多臺局域網交換機。

(2)基于MAC地址的VLAN。這種方式的VLAN要求交換機對站點的MAC地址和交換機端口進行跟蹤，在新站點入網時，根據需要將其劃歸至某一個VLAN。

(3)基于路由的VLAN。路由協議工作在七層協議的第三層—網絡層，即基于IP和IPX協議的轉發，它是利用網絡層的業務屬性來自動生成VLAN，把使用不同路由協議的站點分在相對應的VLAN中。

(4)基于策略的VLAN。基于策略的VLAN的劃分是一種比較靈活有效而直接的方式。這主要取決于在VLAN的劃分中所采用的策略。目前常用的策略有：

按MAC地址劃分；

按IP地址劃分；

按以太網協議類型劃分；

按網絡的應用劃分。

4.虛擬局域網的實現從實現的方式上看，所有VLAN均是通過交換機軟件實現的。從實現的機制或策略劃分，VLAN分為靜態VLAN和動態VLAN。

(1)靜態VLAN。在靜態VLAN中，由網絡管理員根據交換機端口進行靜態的VALN分配，當在交換機上將其某一個端口分配給一個VLAN時，將一直保持不變直到網絡管理員改變這種配置，所以又被稱為基于端口的VLAN。

(2)動態VLAN。動態VLAN是指交換機上以聯網用戶的MAC地址、邏輯地址(如IP地址)或數據報協議等信息為基礎將交換機端口動態分配給VLAN的方式。當用戶的主機連入交換機端口時，交換機通過檢查VLAN管理數據庫中相應的關于MAC地址、邏輯地址(如IP地址)或數據報協議的表項，以相應的數據庫表項內容動態地配置相應的交換機端口。

5．VLAN間的互聯方法

(1)傳統路由器方法。所謂傳統路由器方法，就是使用路由器將位于不同VLAN的交換端口連接起來。這種方法的缺點是：對路由器的性能有較高要求；如果路由器發生故障，則VLAN之間就不能通信。

(2)采用路由交換機。如果交換機本身帶有路由功能，則VLAN之間的互聯就可在交換機內部實現，即采用第三層交換技術。第三層交換技術也叫路由交換技術，是各網絡廠家最新推出的一種局域網技術，具有良好的發展前景。它將交換技術(Switching)和路由技術(Routing)相結合，很好地解決了以前在大型局域網中難以解決的一些問題。本章小結本章主要講述了局域網與局域網組網技術，介紹了局域網的基本組成及各組成部分的作用、局域網的體系結構與OSI參考模型的差異、IEEE802局域網標準的主要內容，著重講解了802.3以太網標準(CSMA/CD)和802.5令牌環標準(TokenRing)的工作原理。由于在局域網技術中，以太網的應用最為廣泛，因此本章重點介紹以太網技術，系統介紹了10Mb/s共享式以太網、快速以太網、交換以太網和千兆以太網的標準、技術特性、硬件系統、組網規則及其應用。本章還具體分析比較了千兆以太網、FDDI等主干網技術的優缺點及其典型應用，簡要介紹了新發展的萬兆以太網技術。交換技術可以說是網絡技術的一場革命，它已成為網絡的主導技術。本章對交換技術從本質上進行了分析，并說明它與共享式局域網的根本區別。交換式網絡具有獨享帶寬、獨占通信鏈路的特征，因此能提供足夠的帶寬。交換式網絡還支持先進的虛擬網技術，通過軟件配置，能夠根據業務性質、網絡應用或組織機構等自定的原則靈活的劃分子網，而與地理位置無關。作為有線網絡的延伸，無線局域網技術為局域網提供了更快速、簡單、靈活的組網方式。習題一、選擇題

1.在以太網中，沖突是()。

A.由于介質訪問控制方法的錯誤使用造成的

B.由于網絡管理員的失誤造成的

C.一種正常現象

D.一種不正常現象

2.?MAC地址通常存儲在計算機的()。

A.內存中

B.網卡中

C.硬盤中

D.高速緩沖區中

3.網絡中用集線器或交換機連接各計算機的結構屬于()。

A.總線結構

B.環型結構

C.星型結構

D.網狀結構

4.下面關于以太網的描述中正確的是()。

A.數據是以廣播方式發送的

B.所有節點可以同時發送和接收數據

C.兩個節點相互通信時，第三個節點不檢測總線上的信號

D.網絡中有一個控制中心，用于控制所有節點的發送和接收

5.?FDDI標準規定網絡的傳輸介質采用()。

A.非屏蔽雙絞線

B.屏蔽雙絞線

C.光纖

D.同軸電纜

6.在計算機網絡中，所有計算機均連接到一條公共的通信傳輸線路上，這種連接結構稱為()。

A.總線結構

B.環型結構

C.星型結構

D.網狀結構

7.下面不屬于網卡功能的是()。

A.實現介質訪問控制

B.實現數據鏈路層的功能

C.實現物理層的功能

D.實現調制和解調功能

8.決定局域網特性的主要技術要素是：網絡拓撲、傳輸介質和()。

A.網絡操作系統

B.服務器軟件

C.體系結構

D.介質訪問控制方法

9.采用CSMA/CD介質訪問控制方法的局域網適用于辦公自動化環境。這類局域網在()網絡通信負荷情況下表現出較好的吞吐率與延遲特性。

A.較高 B.較低 C.中等 D.不限定

10.?CSMA/CD方法用來解決多節點如何共享公用總線傳輸介質的問題，網中()。

A.不存在集中控制的節點

B.存在一個集中控制的節點

C.存在多個集中控制的節點

D.可以有也可以沒有集中控制的節點

11.?TokenRing和TokenBus的“令牌”是一種特殊結構的()。

A.控制幀B.?LLC幀C.數據報D.無編號幀

12.快速以太網的數據傳輸速率為()。

A.?10Mb/s B.?100Mb/s

C.1Gb/s D.10Gb/s

13.()為無線局域網的傳輸介質。

A.屏蔽雙絞線 B.?5類非屏蔽雙絞線

C.紅外線 D.光纖

14.局域網交換機首先完整地接收數據幀，并進行差錯檢測。如果正確，則根據幀目的地址確定輸出端口號再轉發出去。這種交換方式為()。

A.直接交換 B.改進直接交換

C.存儲轉發交換 D.查詢交換

15.交換式局域網的核心是()。

A.路由器 B.服務器

C.局域網交換機 D