第9章局域网基础知识(1)

第9章局域网基础知识(1)

在第1章中，我们介绍了按照地理范围划分，范围最小的是局域网（lan）。局域网是本地用户接入internet网络的重要方式。例如校园网、小区网络、医院网络都是接入互联网的常用方式。本章介绍局域网的定义和设备、局域网的类型、局域网组建、ethernet技术、无线网络、vlan等内容。希望通过本章的学习，掌握局域网的类型、相关的网络协议、解决冲突的原理和方法，掌握局域网络的设备的使用，学习组建局域网络的技术和方法。

【本章主要内容】

局域网设备和部件。

组建局域网方法。

以太网技术。

局域网举例。

3.1局域网定义和类型

3.1.1局域网的定义和特点

局域网是指把有限地理范围内的通信设备（计算机、交换机、打印机等）互连起来的计算机网络。其应用范围很广，一般在办公室、实验室、企业、医院、学校、居民小区以及家庭中均使用局域网。

局域网的性能主要由网络的拓扑结构、传输介质的性能以及介质访问控制方法决定。

1.从地理范围的角度来看

（1）局域网覆盖有限的地理范围，适用于校园、机关、公司、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备联网的需求。

（2）局域网的数据传输速率高，可以获得从10mbps到10gbps传输速度。随着网络技术的发展，未来可能还可以获得更高的传输速度。

（3）局域网具有低误码率的高质量传输环境，数据的传输延迟时间短，但连接能力有限。

2.从功能的角度来看

（1）仅仅使用网络的低二层和应用层协议，并且低二层协议比较简单，没有单独的网络层。

（2）局域网中，一般采用广播式发送信息方式，如果不采用全双工通信，则数据传输共享传输介质，容易产生碰撞，所以必须采用介质访问控制技术，例如csma／cd、tokenring等以保证数据传输的效率。

3.1.2局域网类型

目前常见的局域网类型包括以太网（ethernet）、光纤分布式数据接口网（fddi）、异步传输模式网（atm）、令牌环网（tokenring）等。其中应用最广泛的当属以太网，这是一种广播式的局域网，是目前发展最迅速也最经济的局域网之一，并且具有很强的可升级性。

这些类型的局域网络在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式等诸多方面各有不同。

在此简单介绍以太网、光纤分布式数据接口网和异步传输模式网。

1.以太网（ethernet）技术

以太网（ethernet）是最有代表性的局域网络，也是使用范围最广泛的网络。早期以太网传输速率仅为10mbps，目前的以太网技术可将主干网速度提高到10gbps或者更高。

（1）以太网技术标准

最初由xerox公司于1975年研制成功，1979年7月到1982年期间，dec、intel和xerox三家公司制订了以太网的技术规范dix，以此为基础形成的ieee802.3以太网标准在1989年正式成为国际标准。

经过20多年的发展，以太网技术产生了多种技术标准。以下简单介绍以太网的多种标准。

110base‐5标准是原始的以太网标准。它规定：使用直径10mm的50Ω粗同轴电缆作为数据传输介质，采用总线拓扑结构，站点网卡的接口为db‐15连接器；每个网段允许有100个站点，每个网段最大允许距离为500m，网络直径为2500m，即可由5个500m长的网段和4个中继器组成；基带传输速率为10mbps，并采用曼彻斯特编码传输数据。

210base‐2标准是为了降低10base‐5的安装成本和复杂性而设计的标准。它使用廉价的r9‐58型50Ω细同轴电缆，总线拓扑结构，网卡通过t形接头连接到细同轴电缆上，末端连接50Ω端接器；每个网段允许30个站点，每个网段最大允许距离为185m，保持了10base‐5的4个中继器和5个网段的结构，允许的最大网络直径为925m；基带传输速率为10mbps，也采用曼彻斯特编码传输数据。

与10base‐5相比，10base‐2以太网更容易安装，更容易增加新站点，且能大幅度降低费用。

以上两种标准基本已经成为历史，不再被真正应用于实际网络了。

310base‐t是1990年通过的以太网物理层标准。该标准使用两对非屏蔽双绞线（utp）：一对线发送数据，另一对线接收数据；使用rj‐45作为端接器，采用星型拓扑结构；站点到中继器和中继器到中继器的最大距离为100m；保持了10base‐5的4个中继器与5个网段的结构，使10base‐t局域网的最大直径达到500m。

双绞线以太网是以太网技术的主要进步之一，10base‐t因为价格便宜、配置灵活和易于管理而流行起来，成为桌面接入的主要形式之一。

（2）快速以太网（fastethernet）

100base‐t是以太网标准的快速以太网100mbps的标准版，是1995年5月正式通过的快速以太网规范，也被称为ieee802.3u标准。它采用星型拓扑结构，包含4个不同的物理层规范，并且包含网络拓扑方面的若干新规则。

1100base‐tx：此标准使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，其中一对线用于发送数据，另一对线用于接收数据，最大网段长度为100m；采用4b／5b编码，以125mhz的频率串行传输数据。ieee802.3u规范采用三电平符号传输系统取代10base‐t的两电平曼彻斯特编码。

4b／5b编码是将4位数据半字节转换为5位编码，目的是实现错误检测和增加控制码，例如数据流起始和终止定界符。将信号传输率提高到125mbps，可补偿4b／5b内在的20%数据传输效率，但是这种带宽增加所产生的频谱会被曼彻斯特编码扩展到数百兆赫。

使用多电平传输3波形法，把信号频率降低到125mhz的1/3，即41.6mhz。

100base‐tx是100base‐t标准中使用最广泛的物理层规范。

2100base‐fx：此标准使用多模（62.5或125um）或单模光纤。它对于多模光纤的交换机到交换机连接、交换机到网卡的连接，最大允许长度达412m，如果采用全双工链路，则可达到2000m。它主要用于高速主干网或远距离连接，或用于有强电气干扰的环境，或用于要求有较高安全保密链接的环境。

3自动协商模式：在100base‐t被颁布之后，使用rj‐45连接器可以发送或接收的信号在5种以上，包括10base‐t、10base‐t全双工、100base‐tx、100base‐tx全双工和100base‐t4。

为了简化管理，ieee（国际电气工程师协会）推出了nway（ieee自动协商模式），使得集线器和网卡可以了解线路另一端可能的速度，并把速度自动调节到线路两端都能达到的最高速度。例如，优先的顺序是100base‐tx全双工、100base‐t4、100base‐tx、100base‐t全双工和10base‐t。

网卡或其他网络设备的技术参数里，可以发现技术指标标示的速度为10mbps／100mbps，就说明这种部件或设备采用了自动协商模式。

这种技术避免了由于信号不兼容可能造成的网络故障。具有这种特性的装置也允许采用人工选择的模式。

（3）千兆以太网（gigabitethernet）

千兆以太网技术是比较新的高速以太网技术，通常作为提高核心网络传输能力的有效解决方案。其最大优点是继承了传统以太网技术价格便宜的优点，当以太网升级时，无需改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，既方便又经济。

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千兆以太网技术本质上仍然是以太网技术，采用与10m以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全／半双工工作方式，流控模式以及布线系统。该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10m或100m的以太网很好地配合工作，兼容性好。

1千兆以太网技术标准：共有两个，即ieee802.3z和ieee802.3ab。前者是针对光纤和短程铜线连接方案的标准，后者是针对5类双绞线上较长距离连接方案的标准。

ieee802.3z：该标准定义了基于光纤和短距离铜缆的1000base‐x标准，采用8b／10b编码技术，信道传输速度为1.25gbps，实际可以实现1000mbps的传输速度。