局域网分类及组网工程与技术

虽然目前我们所能看到的局域网主要是以双绞线为代表传输介质的以太网，在网络发展中，因行业特点所采用的局域网也不一定都是以太网，目前在局域网中常见的有以太网（Ethernet）、令牌网（Token Ring）、FDDI网、异步传输模式网（ATM）等几类，下面分别作一些简要介绍。

图1-20 机柜

1.以太网（Ethernet）

以太网最早是由Xerox（施乐）公司创建的，在1980年由DEC、Intel和Xerox3家公司联合开发了一个标准。以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和10Gbit/s以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。

（1）标准以太网

最开始以太网只有10Mbit/s的吞吐量，它所使用的是CSMA/CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，通常把这种最早期的10Mbit/s以太网称为标准以太网。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE802.3标准。下面列出的是IEEE 802.3的一些以太网络标准。在这些标准中，前面的数字表示传输速率，单位是“Mbit/s”，最后一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。

●10Base-5：使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法。

●10Base-2：使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法。

●10Base-T：使用双绞线电缆，最大网段长度为100m。

●1Base-5：使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速率为1Mbit/s。

●10Broad-36：使用同轴电缆（RG-59/UCATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式。

●10Base-F：使用光纤传输介质，传输速率为10Mbit/s。

（2）快速以太网（Fast Ethernet）

随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbit/s以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mbit/s光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器FastSwitch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE 802工程组亦对100Mbit/s以太网的各种标准，如100Base-TX、100Base-T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE 802.3u 100Base-T快速以太网标准（Fast Ethernet），就这样开始了快速以太网的时代。

快速以太网与原来在100Mbit/s带宽下工作的FDDI相比具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效地保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效地利用现有的设施。

快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于载波侦听多路访问和冲突检测（CSMA/CD）技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。

●100Mbit/s快速以太网标准又分为100Base-TX、100Base-FX、100Base-T43个子类。

●100Base-TX：是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式，信号频率为125MHz，符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT1类布线标准，使用与10Base-T相同的RJ-45连接器。它的最大网段长度为100m。它支持全双工的数据传输。

●100Base-FX：是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤，多模光纤连接的最大距离为550m。单模光纤连接的最大距离为3km。在传输中使用4B/5B编码方式，信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10km，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。100Base-FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接或高保密环境等情况下的使用。

●100Base-T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用4对双绞线，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。在传输中使用8B/6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。它使用与10Base-T相同的RJ-45连接器，最大网段长度为100m。

（3）千兆以太网（GB Ethernet）(www.xing528.com)

随着以太网技术的深入应用和发展，企业用户对网络连接速度的要求越来越高，1995年11月，IEEE 802.3工作组委任了一个高速研究组（Higher Speed Study Group），研究将快速以太网速度增至更高。该研究组研究了将快速以太网的速率增至1Gbit/s的可行性方法。1996年6月，IEEE标准委员会批准了千兆以太网方案授权申请（Gigabit Ethernet Project Au-thorization Request）。随后IEEE802.3工作组成立了802.3z工作委员会。IEEE802.3z委员会的目的是建立千兆以太网标准：包括在1Gbit/s通信速率的情况下的全双工和半双工操作、802.3以太网帧格式、载波侦听多路访问和冲突检测（CSMA/CD）技术、在一个冲突域中支持一个中继器（Repeater）、10Base-T和100Base-T向下兼容技术千兆以太网具有以太网的易移植、易管理特性。千兆以太网在处理新应用和新数据类型方面具有灵活性，它是在赢得了巨大成功的10Mbit/s和100Mbit/sIEEE 802.3以太网标准的基础上的延伸，提供了1Gbit/s的数据带宽。这使得千兆以太网成为高速、宽带网络应用的战略性选择。

千兆以太网目前主要有以下3种技术版本：1000Base-SX，-LX和-CX版本。1000Base-SX系列采用低成本短波的CD（Compact Disc，光盘激光器）或者VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔体表面发光激光器）发送器；而1000Base-LX系列则使用相对昂贵的长波激光器；1000Base-CX系列则打算在配线间使用短跳线电缆把高性能服务器和高速外围设备连接起来。

（4）10G以太网

现在10Gbit/s的以太网标准已经由IEEE802.3工作组于2000年正式制定，10Gbit/s以太网仍使用与以往10Mbit/s和100Mbit/s以太网相同的形式，它允许直接升级到高速网络。同样使用IEEE 802.3标准的帧格式、全双工业务和流量控制方式。在半双工方式下，10G以太网使用基本的CSMA/CD访问方式来解决共享介质的冲突问题。此外，10G以太网使用由IEEE802.3小组定义了和以太网相同的管理对象。总之，10G以太网仍然是以太网，只不过更快。但由于10G以太网技术的复杂性及原来传输介质的兼容性问题（目前只能在光纤上传输，与原来企业常用的双绞线不兼容了），还有这类设备造价太高（一般为2～9万美元），所以这类以太网技术目前还处于研发的初级阶段，没有得到实质应用。

2.令牌环网

令牌环网是IBM公司于20世纪70年代发展的，现在这种网络比较少见。在老式的令牌环网中，数据传输速率为4Mbit/s或16Mbit/s，新型的快速令牌环网速率可达100Mbit/s。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。节点间采用多站访问部件（Multi-station Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，用于围绕工作站计算机的环路传输。由于数据包看起来像在环中传输，所以在工作站和MAU中没有终结器。

在这种网络中，有一种专门的帧被称为“令牌”，以在环路上持续地传输来确定一个节点何时可以发送包。令牌长为24位，有3个8位的域，分别是首定界符（Start Delimiter，SD）、访问控制（Access Control，AC）和终定界符（End Delimiter，ED）。首定界符是一种与众不同的信号模式，作为一种非数据信号表现出来，用途是防止它被解释成其他东西。这种独特的8位组合只能被识别为帧首标识符（SOF）。由于目前以太网技术发展迅速，令牌网存在固有缺点，令牌在整个计算机局域网已不多见，原来提供令牌网设备的厂商多数也退出了市场。

3.FDDI网

光纤分布式数据接口（Fiber Distributed Data Interface，FDDI）是于20世纪80年代中期发展起来的一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbit/s）和令牌网（4或16Mbit/s）的能力。FDDI标准由ANSI X3T9.5标准委员会制定，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI技术同IBM公司的Token Ring技术相似，并具有LAN和Token Ring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2km的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的快速以太网相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制，而且从以太网升级更是面临大量移植问题。

当数据以100Mbit/s的速率输入输出时，在当时FDDI与10Mbit/s的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进，但随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比快速以太网及现在的100Mbit/s令牌网传输介质要贵许多。然而，FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个节点向另一个节点移动，如果某节点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个节点中。如果处理令牌的节点需要传输，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，来自多个节点的多个帧可能都在网络上，为用户提供高容量的通信。

FDDI可以发送同步的和异步的两种类型的包。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）；异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某节点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的节点主要有两类，即A类和B类。A类节点与两个环路都有连接，由集线器等网络设备组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类节点通过A类节点的设备连接在FDDI网络上，B类节点包括服务器或工作站等。

4.ATM网

ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）的开发始于20世纪70年代后期。ATM是一种较新型的单元交换技术，同以太网、令牌环网、FDDI网等使用可变长度包技术不同，ATM使用53字节固定长度的单元进行交换。它是一种交换技术，它没有共享介质或包传递带来的延时，非常适合音频和视频数据的传输。ATM主要具有以下优点。

1）ATM使用相同的数据单元，可实现广域网和局域网的无缝连接。

2）ATM支持VLAN（虚拟局域岗）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。

3）ATM具有不同的速率，分别为25Mbit/s、51Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s，从而为不同的应用提供不同的速率。

ATM是采用“信元交换”替代“包交换”进行实验，发现信元交换的速度是非常快的。信元交换将一个简短的指示器称为虚拟通道标识符，并将其放在TDM时间片的开始。这使得设备能够将它的比特流异步地放在一个ATM通信通道上，使得通信变得能够预知且持续，这样就为时间敏感的通信提供了一个预QoS，这种方式主要用在视频和音频上。通信可以预知的另一个原因是ATM采用的是固定的信元尺寸。ATM通道是虚拟的电路，并且MAN传输速率能够达到10Gbit/s。

5.无线局域网

无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）是目前最新，也是最为热门的一种局域网，特别是自Intel公司在2009年3月推出首款自带无线网络模块的迅驰笔记本处理器以来。无线局域网与传统的局域网的主要不同之处就是传输介质不同，传统局域网都是通过有形的传输介质进行连接的，如同轴电缆、双绞线和光纤等，而无线局域网则是采用空气作为传输介质的。正因为它摆脱了有形传输介质的束缚，所以这种局域网的最大特点就是自由，只要在网络的覆盖范围内，可以在任何一个地方与服务器及其他工作站连接，而不需要重新敷设电缆。这一特点非常适合那些移动办公一簇，无论在机场，还是宾馆（通常把这些地方称为“热点”），只要无线网络能够覆盖到，都可以随时随地连接上无线网络，甚至Internet。

无线局域网所采用的是802.11系列标准，它也是由IEEE802标准委员会制定的。目前这一系列标准主要有4个，分别为802.11b、802.11a、802.11g和802.11z，前3个标准都是针对传输速率的热异常进行的改进，最开始推出的是802.11b，它的传输速率为11Mbit/s，因为它的连接速率比较低，随后推出了802.11a标准，它的连接速率可达54Mbit/s。但由于两者不兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用，所以又正式推出了兼容802.11b与802.11a两种标准的802.11g。这样，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备都可以在同一网络中使用了。802.11z是一种专门为了加强无线局域网安全的标准。因为无线局域网的“无线”特点，致使任何进入此网络覆盖区的用户都可以轻松地以临时用户身份进入网络，给网络带来了极大的不安全因素，为此802.11z标准专门就无线网络的安全性方面作了明确规定，加强了用户身份认证制度，并对传输的数据进行加密。