第 4章计算机局域网本章主要内容
局域网的特点,类型,体系结构,IEEE 802、
标准,介质访问控制方法,局域网的组成,传统以太网的类型及组成,高速以太网的类型和应用,交换式局域网的交换原理,特点和应用,
虚拟局域网技术,局域网的资源共享模式,
FDDI网络的性能和应用等 。
本章要求
了解局域网的基本概念,特点和应用
了解局域网体系结构和 IEEE 802标准
掌握常用局域网的介质访问控制方法
掌握传统以太网的组成
了解高速以太网的类型和应用
了解交换式局域网的交换原理,特点和应用
了解虚拟局域网应用
了解局域网的资源共享和工作模式
了解 FDDI网络性能和应用本章分为七小节：
4,1 局域网的特点和类型
4,2 局域网的体系结构
4,3 局域网介质访问控制方法
4,4 以太网
4,5 FDDI网络
4,6 交换式局域网
4,7 局域网资源共享模式
4,1 局域网的特点及类型
1,LAN定义和特点
覆盖范围小；成本低；传输速率高；误码率低，可靠性高；介质适应性强使用灵活，易于操作，便于维护维修；结构简单，易于实现。
2,LAN的拓扑结构和传输介质：
常见局域网 拓扑结构 为：星型、总线型和环型
常用局域网 传输介质 为：双绞线、同轴电缆、光纤和地面微波。
3,LAN的分类
按网络的 转接方式 划分：共享介质局域网和交换式局域网；
按网络的 资源管理方式 划分：对等式局域网和非对等式局域网；
按网络中 传输的信号形式 划分：基带局域网和宽带局域网；
按网络的 拓扑结构 划分：星型、环型和总线型局域网；
按网络的 传输介质 划分：同轴电缆、双绞线、光纤和无线局域网；
按网络的 介质控制访问方式 划分：以太局域网、令牌总线局域网和令牌环局域网。
4,2 局域网的体系结构
1,LAN层次结构
美国电气与电子工程师协会 IEEE于 1980
年 2月成立的局域网络标准化委员会制订了一系列局域网络标准。这类 IEEE 802
标准遵循 OSI参考模型原则，并规范了物理层、数据链路层及部分网络层功能。
EDCBA
网际层
MAC子层
LLC子层应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层 物理层
OSI／ RM与 LAN／ RM的对应关系
SAP
OSI / RM LAN / RM
LAN高层
IEEE层次结构将 OSI模型中的数据链路层分为 MAC和 LLC两个子层。
物理层,物理层负责物理连接管理和在介质上传输比特流。传输介质接口具有机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
数据链路层,数据链路层主要作用是通过一些数据链路层协议,在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输,负责帧的传输管理和控制 (帧顺序,差错和流量控制 )。
由于 LAN采用的拓扑结构,传输介质和介质访问控制方法的不同,数据链路层就存在与传输介质有关和无关的两部分 。
所以,可将 LAN的数据链路层划分为两个子层,LLC子层 和 MAC子层 。
由于 LAN结构简单,一般不需要中间转接,网络层的许多功能可由 LLC层完成 。
IEEE 802没设置网络层 。 但在多个子网互连时,可设立网际层 。
LAN的高层更简单,IEEE 802中尚无定义,可由具体的网络操作系统实现 。
2,IEEE 802标准系列
IEEE 802.1 LAN和 MAN综述,体系结构,
管理和互连
IEEE 802.2 逻辑链路控制 (LLC)协议
IEEE 802.3 CSMA/CD访问方法及物理层技术规范
IEEE 802.4 令牌总线访问方法
IEEE 802.5令牌环访问方法
IEEE 802.6 城域网络标准
IEEE 802.7 宽带网络标准
IEEE 802.8 光纤技术标准
IEEE 802.9 综合数据／话音 LAN标准
IEEE 802.10 LAN的安全机制
IEEE 802.11 无线 LAN标准
IEEE 802.12 100Base-VG网络访问方法及物理层技术规范
此外还有很多 IEEE 802标准及其补充标准,
如 IEEE 802.13,IEEE 802.14,IEEE 802.15，
IEEE 802.16 标准分别是：利用 CATV宽带通信标准,线缆,调制解调器规范,无线私人网标准和宽带无线访问标准 。
这些标准中有 IEEE 802.1,IEEE 802.2,IEEE
802.3,IEEE 802.4,IEEE 802.5,IEEE 802.6和
IEEE 802.8分别被 ISO接纳为国际标准,编号分别为 ISO8802.1 --ISO8802.7
近年出现的快速以太网和高速以太网,其标准是在原 IEEE 802.3基础上进行了扩充；另外,由于移动通信技术的发展促进了无线局域网的迅速发展,IEEE 802.11标准也有了较多的扩充 。
IEEE 802.3u 100Base-T访问方法及物理层技术规范；
IEEE 802.3ab 基于 UTP的 1000Base-T访问方法及物理层技术规范；
IEEE 802.3ac 虚拟局域网 VLAN以太帧扩展协议；
IEEE 802.3z 基 于 光 缆 和 短 距 离 铜 介 质 的
1000Base-X访问方法及物理层技术规范；
IEEE 802.3ae 10Gbps以太网技术规范 。
IEEE 802.11a 工作在 5GHz频段,传输速率为 54Mbps的无线局域网标准；
IEEE 802.11b 工作在 2.4GHz频段,传输速率为 11Mbps的无线局域网标准；
IEEE 802.11g 工作在 2.4GHz频段,传输速率为 54Mbps的无线局域网标准 。
802.2 逻辑链路控制 (LLC)
802.10 可互操作的局域网的安全机制
802.1 网际互连
802.3
MAC
802.3
物理
802.4
MAC
802.4
物理
802.5
MAC
802.5
物理
802.6
MAC
802.6
物理
802.9
话音数据综合局域网
802.11
无 线局域网
802.1
概述、
管理、
体系结构
802.12
快速局域网
IEEE 802系列标准间的关系
LLC子层
MAC子层物理层
4,3 LAN介质访问控制方法
大部分局域网都是共享信道连接，即通过一个公共信道将所有的用户连接起来。
一个站点发送的数据可能被多个站点接收，这样的信道也称为广播式信道、多址共享信道。
在局域网中，多个用户共用一路传输介质时，难免会发生冲突。为了避免冲突，
必须采用相应的技术对用户访问介质情况进行控制，这就是介质访问控制。
按照用户访问公共信道（介质）的方式的不同，介质访问控制技术可分为随机访问技术和受控访问技术两类。
1,CSMA/CD介质访问控制方法
CSMA/CD是一种典型的随机访问技术。
它来源于 ALOHA技术。它是上世纪 70年代美国夏威夷大学开发的、用于公共无线信道网络的。
(1) ALOHA
ALOHA技术最初用于无线广播式信道和总线式信道。
ALOHA 技术原理 (以总线信道为例 )：总线上各站点地位相等，可随机向总线上发送数据帧，其他站点可同时接收这些信息。
当两个以上站点同时发送信息时，信息在总线上就会发生冲突 (重叠 )，发生冲突的数据都出错，要重发。
发现总线上有信息冲突时，各发送站要停止发送，各自延迟一个随机时间后再重发。
如再发生冲突，则延迟一个随机时间后再重发，直至发送成功为止。
(2) CSMA技术
CSMA即载波监听多点访问技术。它是对
ALOHA的一种改进：在 ALOHA上增加一个 监听过程 。即要发送信息的各站点在发送前都要监听总线，检测总线上是否有其他站点发送的信息。
如果总线空闲，则说明此时总线上没有信息在传输，则本站点可启动发送；如果监听到总线忙，则说明此时总线上正有信息在传输，则该站点不可再发送信息，以免破坏正在传输的数据，待总线空闲时再启动发送。这个过程就是载波监听。
简言之,CSMA由 ALOHA改进而成，其主要思想就是希望要发送信息的站点先对传输介质进行监听，以确定是否有别的站在传输信息，如果没有，该站就可以发送；
否则要退让一段时间再尝试发送。该退让时间是由一种退让算法确定的。
CSMA技术有坚持型 CSMA和非坚持型
CSMA两种。
所谓的坚持和非坚持，就是对在监测到总线上已有信息在传输后，是继续 (坚持 )
监听总线还是停一段时间 (不坚持 )再监听总线而言的。
(3) CSMA/CD
CSMA/CD即带有冲突检测的载波监听多点访问。它是在 CSMA基础上又增加了冲突检测 (CD)过程而成。
CSMA/CD技术 发送过程 分两个步骤进行：
载波监听 和 冲突检测 。载波监听过程与
CSMA同。
冲突检测,当站点启动发送后，还要继续监听总线 (边发送边监听 )，以检测本站点是否与其他站点发生冲突。如果检测表明总线信息与本站发送的信息一致，则说明未发生冲突，就继续发送信息直至发送完毕。若总线信息与本站所发信息不一致，则说明发生了冲突，此次抢占总线失败，要中断发送。
为了确保其他站点能够检测到冲突，该站立即向信道发送一串短的阻塞 (Jam)信号，
以强化冲突，通知其他站已有冲突。
检测到冲突后，站点要立即停止发送，根据坚持型算法和非坚持型算法再进行第一步骤操作。
CSMA/CD接收过程,网上每个站点平时都在监听总线，如果有信息到来，则接收信息；然后再分析和判断信息帧中的接收端地址，如果该地址为本站地址，
则复制接收该帧；否则，简单丢弃该帧。
CSMA/CD最先用于总线型 LAN(IEEE
802.3标准 )，后来，该标准扩展到星型网和树型网等结构 (IEEE 802.3 扩充标准 )。
2,令牌环介质访问控制方法
(1) 令牌访问控制原理
在网上设置一个特殊的控制帧 --令牌，该帧可在由各站点构成的 逻辑环路 上逐站进行传递，只有获得令牌的站点才有权发送数据。得到令牌的站点有数据要发送，就占住令牌，发送数据，发送完毕再将令牌传递给下一站；若无数据发送，则将令牌继续往下传递。
这样，在令牌的控制下，连接在 逻辑环 上的各站就可以顺序地发送数据，不会出现冲突。即使在网络负载较重的情况下，网络仍然可实现数据的可靠传输。
令牌的传输和访问控制是按逻辑环顺序进行的，而实际使用该控制技术的网络有环型网和总线型网。
在物理环型网，令牌巡行的逻辑环与物理环一致。
在物理总线型网，环初始化时将总线上各节点构成一个逻辑环，每个站在环中有逻辑位置，最后一个站点与第一个站点逻辑上相连。
(2) 令牌环网
令牌环访问技术即 IEEE 802.5 标准，用于环型网络。在网上令牌帧沿着物理环路单向循环，依次通过各个节点。发送数据站在捕获到空令牌后将其置为“忙”，
然后开始发送数据帧；
当数据帧经过目的站时，目的站一方面复制该帧，另一方面将数据帧继续转发，数据帧循环一周后再回到发送站，由发送站将数据帧舍弃，释放令牌 (置为,闲,)，
将其传送给下一站点。
B
A
T
D D
C C
A
B B
C
A
D D
C
B
A
令牌环的传输过程
T
令牌环网访问控制主要有三个步骤：
① 发送站获取令牌
② 发送站占有令牌并发送数据帧；
③ 接收站接收数据帧
④ 接收站转发数据帧；
⑤ 发送站撤消数据帧并释放令牌。
无论网络负载如何，令牌帧总是沿着环网依次通过各个节点来实现介质访问控制。网络负载较少时传输效率比较低；
负载较重时，由于各节点访问介质的机会均等，并不会出现冲突，因此传输效率比较高。
令牌环访问方法采用由发送节点从环上收回数据帧的策略，有利于广播式传输，
可使多个节点接收同一个数据帧，同时还具有目的节点对源节点的捎带应答功能。
令牌环访问方法的优点是它能保证要发送数据的节点在一个确定性的时间间隔内访问介质，并可以用多种方法建立访问的优先级。但它的主要缺点是令牌维护比较复杂，令牌的丢失将会降低环网的利用率，而令牌重复也会破坏环网的正常运行。
3,令牌总线介质访问控制方法
IEEE 802.4是令牌总线网标准，用于总线型拓扑结构。其访问控制原理与令牌环原理相同，只是网络物理结构为总线型，令牌是在由总线网各站点构成的 逻辑环 路上逐站进行传递，获得令牌的站点有权发送数据。
该 逻辑环 是将总线网上各站点按事先安排好的令牌环行顺序排列构成的。每个站在环上都有一个逻辑位置，它由本站 TS地址、前站 PS地址和后站 NS地址确定。令牌传递是按站点的逻辑顺序进行的，与节点在总线中的物理位置无关，逻辑环上的相邻点不一定是总线上的相邻站。
2 6 84
1 753
令牌总线局域网络
4,几种访问技术的比较
(1) CSMA/CD的特点
各站点平等，实现算法简单；网络维护方便，增删节点容易；负载较少 (节点少 )
时，传输效率较高。但它不具有某些场合要求的优先权；负载重时，容易出现冲突，导致传输效率降低。
(2) 令牌访问技术的特点
节点访问介质的时间间隔确定；可用多种方法建立访问优先级。但令牌维护过程复杂；令牌的丢失将会降低网络效率；
令牌重复也会破坏环网的正常运行。
(3) Token Bus与 CSMA/CD比较
网络负载增加时，后者的冲突增加，效率下降。后者在访问竞争中各站平等，
具有随机性，不能满足实时性要求；而前者可引入优先机制，且响应时间和访问时间都具有确定性，因而实时性好，
但控制较复杂。
(4) Token Bus与 Token Ring比较
由于后者传输数据必须按环路进行，而前者传输数据有直接通路，所以令牌总线网延迟时间短。
4,4 以太网
1,以太网的概念
以太网是由美国 Xerox等公司联合开发于
1976年推出的局域网，于 1980年公布了
Ethernet的物理层和数据链路层技术规范，
是世界上第一个局域网工业标准，即后来的 IEEE 802.3标准。以太网采用随机访问控制技术 CSMA/CD。
以太网自 70年代后期出现以来，发展非常迅速。其传输速率从最初的 10Mbps,
发展到 100Mbps,1000Mbps，现在已有了 10Gbps的以太网。以太网是目前应用最广泛的一类局域网。
传统以太网通常是指传输速率为 10Mbps
的以太网。
2,传统以太网
传统以太网使用 CSMA/CD介质访问方式，
其标准是 IEEE 802.3。后来在物理层又定义了多种传输介质 (粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线和光纤 )和拓扑结构 (总线型、星型、树型和混合型 )，形成了一个 10Mbps以太网的标准系列,IEEE 802.3的 10Base-5、
10Base-2,10Base-T和 10Base-F标准。
(1) 10Base-5 网络
以粗同轴电缆为传输介质、传输基带信号、
传输 速率为 10Mbps的总线型局域网。
网络指标,一段粗缆长 ≤ 500米、收发器电缆长 ≤ 50米、粗缆特性阻抗 50Ω,网段站点数 ≤ 100个，总的粗缆长 ≤ 2500米 。
网络硬件,计算机,AUI网卡、外部收发器、粗缆、收发器电缆、终端匹配器。
外部收发器收发器电缆终端匹配器
10Base-5网络的物理结构粗缆
(2) 10Base-2网络
以细同轴电缆为传输介质、传输基带信号、
传输速率 10Mbps的总线型局域网。
网络硬件和指标,计算机,BNC网卡、细缆,BNC-T连接器、终端匹配器。细缆长
≤185米、细缆特性阻抗 50Ω，网段站点数
≤30个，总的细缆长 ≤945米。
终端匹配器细缆
10Base-2网络的物理结构
(3) 10Base-T网络
以 UTP双绞线为传输介质、传输基带信号、
传输速率为 10Mbps的星型局域网。
网络硬件和指标,计算机,RJ-45网卡、集线器 (HUB),UTP电缆,RJ-45连接器,UTP
电缆长 ≤100m。
…
…
10Base-T网络
UTP电缆
HUB
HUB
(4) 10Base-F网络
以光缆为传输介质、传输基带信号的星型局域网。具体不同硬件构成有 10Base-FP、
10Base-FB和 10Base-FL三个标准。
网络硬件和指标,计算机、光缆网卡、光缆及 ST连接器、光纤集线器，光缆长
≤500m,≤2000m 。
标准 年度速率
（ M ）
站点数
（个）
网段
（米）
传输介质
8 0 2,3 1 0 B a se- 5 1983 10 100 500 50 Ω 粗同轴电缆
8 0 2,3 a 1 0 B a se- 2 1988 10 30 185 50 Ω 细同轴电缆
8 0 2,3 b 1 0 B r o a d - 3 6 1988 10 100 1800 75 Ω 同轴电缆
8 0 2,3 c 1 B a se- T 1988 1 1 2 /H U B 250 100 m 2 对 U T P3
8 0 2,3 i 1 0 B a se- T 1990 10 1 2 /H U B 100 100 m 2 对 U T P3
8 0 2,3 j 1 0 B a se- F 1992 10 2000 2 根多膜光纤
8 0 2,3 u 1 0 0 B a se- T 1995 100 1024 100 100 m 2 对 U T P5
传统以太网标准及参数表
2,快速以太网
(1) 100Base-T
100Base-T是由 10Base-T发展而来,其 标准为 IEEE 802.3u(IEEE 802.3的又一个补充标准 )，介质访问方式是 CSMA/CD，传输速率达 100Mbps。
100Base-T的帧格式、访问方式、组网方法及有关管理信息均与 10Base-T相同。在
100Base-T中只定义了新的物理层规范。
100Base-T定义了三种物理层标准,100Base
-TX,100Base-T4和 100Base-FX，分别支持不同的传输介质。
100Base-TX,使用 2对 UTP5或 STP，其中
1对用于发送，另 1对用于接收，全双工传输。网段线缆长度 ≤100m。编码采用
4B/5B方法。
100Base-T4,支持 4对 UTP3，也支持 UTP4
和 UTP5；其中 3对线用于传输数据 (每对速率为 33.3Mbps),1对用于冲突检测，半双工传输。网段线缆长度 ≤100m。
100Base-FX,使用 2芯 62.5/125μm多模光纤，最大长度达 412m，也可用 2芯单模光纤，最大长度可达 1000m。编码采用
4B/ 5B方法。
100 Base-T的自适应功能,100Base-T自动适应两种传输速率 10Mbps和 100Mbps。
对 100Base-T来说，自适应功能将允许一个节点的网卡或一个集线器能够同时适应 10
Mbps和 100Mbps 两种传输速率，能自动确定当前的速率模式，并以该速率进行通信。
10Base-T网络升级为 100Base-T 网络：
10M网卡换成 100M或 10/100M自适应网卡
10M HUB换成 100M或 10/100M自适应 HUB
UTP3换成 UTP5
自适应算法就会自动驱动 10/100 Mbps 网卡和 10/100 Mbps HUB以 100Base-T模式操作，
达到 100Mbps速率，无需人工或软件干预。
(2) 100Base-VG
100Base-VG的标准是 IEEE 802.12，介质访问方式是 优先轮询 (按需优先 )方式。
100Base-VG是 UTP电缆上进行 100Mbps速率传输，且适于 Ethernet和 Token-Ring方式的网络，故也叫 100VG-AnyLAN。
100Base-VG网络采用 4对双绞线，信息分 4
路同时传输，来提供与 100Mbps速率相应的带宽，并且支持 IEEE 802.3和 IEEE 802.5
两种帧格式 (不是同时支持 )。 100Base-VG
编码方式为 5B/6B。
3,高速以太网
(1)千兆位以太网
千兆位以太网保留了传统以太网的所有特征：帧格式,介质访问控制方法 (CSMA/ CD),组网方法 。
重新制定了物理层标准 。
千兆位以太网支持从传统以太网向千兆位以太网的升级,因此可最大限度地保护用户已有的投资 。
千兆位以太网 有两个标准,IEEE 802.3z
和 IEEE 802.3ab。
IEEE 802.3z,定义的传输介质为光纤和短距离屏蔽双绞线 STP。
IEEE 802.3ab,定义的传输介质为长距离光纤和 UTP5双绞线 。
千兆位以太网 的两个标准分别对应于四个介质规范：
1000Base-SX：短距离多模光纤 (300m)
1000Base-T,4对 UTP5(100-200m)
1000Base-CX：短距离 STP(25m)
1000Base-LX：长距离单模光纤 (3000m)
1000Base-T价格低廉,不易破坏,性能良好 。 可向后兼容 10M,100M以太网；很多 1000Base-T产品都支持 10M/100M自适应功能,可以通过升级实现；误码率低于
10-10,编码方式是 8B/10B。
千兆位以太网 采用以交换机为中心的星型拓扑结构，主要用于交换机与交换机之间或交换机与超级服务器之间的网络连接，
将网络核心部件挂接在千兆位以太网交换机上，而将 100Mbps以太网系统迁移到网络的边缘。这样既能为用户提供更大的网络带宽，又不至于阻塞主干网络。
一种简单的升级方案是将交换机和交换机之间的链路速率由 100Mbps升级到 1000
Mbps。将企业网中的超级服务器迁移到交换机的千兆位以太网端口上，使链路速率升级到 1000Mbps。
交换机超级服务器交换机
…
100
Mbps
链路
100
Mbps
链路
…
千兆位以太网
1000Mbps链路
千兆位以太网 是局域网领域里出现的新技术,与 ATM技术 相比具有价廉,实现简单的优点,易为原以太网用户所接受,
是以太网技术的发展方向 。 但千兆位以太网仍和其他以太网一样,没有提供对多媒体应用所需的服务质量的支持,这仍然是一种缺陷 （ 没有 ATM的 QoS参数高 ） 。
(2) 万兆位以太网
在 2000年初 万兆以太网 的 IEEE 802.3ae规范被提出,2002年 6月被批准。
万兆位以太网 并不只是将千兆位以太网的带宽扩展 10倍，它的目标在于扩展以太网，
使其能够超越 LAN，以进入 MAN 和
WAN 。
IEEE正在为 万兆位以太网 制定两个分离的物理层标准：一个是为 LAN，另一个是首次为 WAN制定的。 LAN版本提供了恰好
10G的速率，实际上是千兆位以太网的一个更快的版本。 WAN版本与 LAN版本不同，它在一个同步光纤网 (SONET)链路上以速率 9.58Gbps传输以太网帧。
万兆位以太网 只采用全双工技术和支持光纤传输介质 （ 不支持铜线 ） 。 它是以交换机为中心的星型结构,可以为网络提供更大的可用带宽 。
万兆位以太网 采用 64B/66B编码形式 。 支持的传输距离从 100m,300m,10km，
甚至 40km,未来还将与 DWDM相结合,
提供更高带宽和更远距离 。
万兆位以太网 的一类主要应用是作为主干网：配置于核心 LAN中,LAN管理员可使用 10G以太网连接大量的服务器或到达以太网交换机的服务器；用于连接企业网和校园网,这要取决于它们之间的距离以及 LAN上用的是单模光纤还是多模光纤 。
4,6 交换式局域网
1,交换式局域网概述
共享介质式 LAN,传统局域网建立在共享介质的基础上，网中所有节点共享一条公共传输介质的带宽。典型的介质访问控制方式是 CSMA/CD,Token-Ring,Token-
Bus。
这些网中每个节点都能公平地使用公共传输介质 (即 n个节点共同享用介质带宽，每个节点只享用其带宽的 n分之一 )。当网络节点数增多时，每个节点平均能分配到的带宽越来越少，网络效率下降，网络传输延迟增长。
交换式局域网,交换式局域网的 核心是局域网交换机 。局域网交换机一般是根据某一类局域网而设计的。典型的交换式局域网是交换式以太网，其核心部件就是以太网交换机。
局域网交换机有多个端口，每个端口可以连接一个独立节点，这样就形成以交换机为中心的星型结构。
交换机的多个端口间可形成并发连接，在这些连接上可进行并发传输。因此交换式局域网中各节点可独享信道带宽，因此，
n个节点的局域网的可用带宽为 n倍信道带宽。
2,交换机的交换原理
当两个站点间有信息包要传递时，在两站点间通过交换机临时建立一条点到点的连接，包发送完后立即拆除该连接。
交换机从一个端口收到包，识别出包中的目的站的 MAC地址，得到目的站所在的端口后即在两端口之间建立一条虚连接，将包从源端转发到目的端。
交换机内部可同时建立多个虚连接，相当于多路复用，因此，连接交换机端口的多个站点之间可存在并发通信。
地址表节点 A 节点 C 节点 E 节点 F
端口缓冲器转发机构地址表端口 地址
1 A
2
3 C
4
5 E
6 F
交换机的构成与交换过程
由此可见，交换式局域网可从根本上改变共享介质的方式，可通过交换机支持端口节点之间的多个 并发连接,实现多节点之间数据的 并发传输,因此可以 增加局域网带宽,改善局域网性能和服务质量。
3,信息交换方式及特点
存储转发方式,先将整个数据帧存储在缓冲器中，等待完成差错检测、路由选择等处理后，根据帧的目的地址确定输出端口号，将其转发出去。其特点是支持不同速率端口的帧转发；有差错控制；交换时延较长；负载重时性能下降。
直接交换方式,也叫 切入式,它是 在接收到帧的同时马上按该数据帧的目的地址确定其输出端口，将其转发出去，而不管该帧是否有错，差错检测任务交由主机节点完成。其特点是转发速度快，时延小；无差错检测；不能对速率不同的端口转发。
无碎片直通方式,也叫改进型切入式，是将前两者的优点结合起来的方式 (收到帧的前 64字节后，判断帧头字段是否正确，如正确则转发 )。该方式既具有差错检测功能，
又有较高的速率和较小的延迟。所谓碎片，
是指那些传输中出现冲突而形成的无用信息，多数少于 64B，这些碎片不转发。
4,交换网的应用
(1) 主干连接,利用较高带宽的交换网如千兆网,FDDI,ATM等作主干网，连接其他一些低速网络。
(2) 高速服务器连接,使公共服务器与交换网连接，提供高速端口。
(3) 交换机之间连接,提供高速主干线，全双工通信。
5,虚拟局域网 VLAN
VLAN是一种高速交换式 LAN，是为用户提供的一种新型交换式 LAN服务。它是在交换技术基础上，通过管理软件建立起来的可跨越不同物理网段、包含不同网络类型站点的逻辑工作组 (即逻辑网络 )。
VLAN是用软件来实现划分和管理的。
虚拟局域网上的站点不受物理位置限制，
同一个逻辑工作组上的站点可以分布在不同的物理网段上，也可以建立在不同的交换机上，但各站点之间的通信就像位于同一个物理网段上和同一个交换机上一样。
交换式局域网中有些节点会发出一种特殊的广播帧。网络节点多时会产生过多的该类帧，形成广播风暴，会影响网络效率，
严重时网络处于半瘫痪。降低广播帧的影响可采用 LAN分割和 VLAN方式。
因此,VLAN可以分割网络，减少广播效应。但设立 VLAN主要是为了应用。
VLAN的分割是逻辑分割而非物理分割，
分割后的多个逻辑工作组可方便地进行应用。
VLAN用户由管理员分配，且能控制哪个节点与其他节点通信，网络安全性好；
VLAN分散管理和运行，网络效率也高。
虚拟局域网的分类,虚拟局域网可在网络的不同层次上实现，因此，有相应的不同类型。
(1)端口 VLAN,网络管理员使用软件或直接设置交换机，按交换机端口来定义 VLAN。
一个端口可以连接一台机器，也可以连接一个 LAN。端口 VLAN可以看作物理层
VLAN。
(2) MAC层 VLAN,按站点 MAC地址来定义
VLAN一般每个端口连接一个端点。 MAC
与硬件有关，当站点移动到其它网段时，
该站点可自动保留原 VLAN,不必重新定义 VLAN，交换机能够自动识别和定义。
因此，基于 MAC的 VLAN也叫动态 VLAN。
该类 VLAN的安全性好。
(3) 网络层 VLAN,就是按站点的网络地址 (IP
地址 )来定义 VLAN。第三层交换机就能识别网络层报文，可以使用报文中的 IP地址来定义 VLAN。多个 VLAN之间也需由路由器连接。网络层 VLAN便于按协议类型组织，有利于基本业务和应用；用户可随意移动机器，起 IP地址不变。
(4) 应用层 VLAN,它是根据应用所需要的网络带宽和 QoS等来定义其 VLAN的。它属于应用层虚拟 LAN，实现起来更为复杂。
FDDI--光纤分布式数字接口
(1) FDDI结构
FDDI采用单模或多模光纤传输介质，双环结构 (两根光纤构成两条封闭的环路，
主环和副环 ),这是 FDDI网络的骨干结构。
两环中信息流动方向相反。
4,5 FDDI网络
组成 FDDI网络有多类站点,A类站 (双连站 ),B类站 (单连站 )。双连站点有集线器、路由器、交换机等。
FDDI网络可互连以太网、令牌环网和令牌总线网等。
组成 FDDI网络有多类站点,A类站 (双连站 ),B类站 (单连站 )。双连站点有集线器、路由器、交换机等。
FDDI网络可互连以太网、令牌环网和令牌总线网等。
(2) FDDI主要技术指标
FDDI是一个高性能网络，双环最长 200 km，
传输速率为 100Mbps，网络最多站点数
1000个，最大帧长度 4500B，误码率小于
2.5*10-10。
编码方法 4B/5B；介质访问方式为令牌访问
(多令牌轮询 )；拓扑结构为双环树型； 传输介质为光纤、双绞线等。
(3) FDDI的特性和应用
由于 FDDI采用了光纤作为传输介质，同时又增加了容错处理能力，从而使其具有了很多的优越性，具有速度高、容量大、传输距离远和可靠性高等特点
无论是在主干网还是端网的应用方面，
FDDI都有很广泛的应用,FDDI可用于主干网络，也可用于后端网络和前端网络。
4,7 局域网资源共享模式
常用的局域网中存在着两种完全不同的资源共享模式：一种是对等共享模式；另一种是非对等共享模式，它们共享资源的范围和方式完全不同。后者也叫基于服务器的模式，其典型代表是客户机 /服务器
（ Client／ Server）模式。
1,对等模式
对等模式工作于对等式网络中，网络上各站点都是平等的，不存在主从关系。系统中不设专用服务器。原则上网络中任何一个站点都可以直接调用和共享其他站点的资源。
如果一个站点的资源要被其他站点调用共享，可把该站点设置为兼有服务器功能的站点。其操作系统被扩充为前、后台工作方式。前台执行本地应用程序，后台随时准备响应其他站点对其资源的调用。
对等模式的 LAN优点是规模小，投资小，
且具有分布式特点。但存在明显的缺点：
每个机器采用前、后台工作方式，使得机器负担加重，效率降低；另外，共享资源分散在各站点，使网络的资源管理和通信管理难度增加，不宜用于规模较大的网络系统。
2,非对等模式
网络中有两类节点：服务器和工作站。
服务器运行非对等 NOS的服务器软件，集中管理网络的共享资源，为工作站提供服务。服务器可看成是网络的逻辑中心。
工作站上运行非对等式 NOS的工作站软件，根据用户的请求，为用户访问本地资源和网络资源服务。
一般，服务器的硬件配置较高，而工作站的配置相对较低。
非对等模式的发展经历了基于硬盘服务的
NOS，基于文件服务的 NOS 和 Client/
Server 等演变过程。
目前常用的非对等式 LAN NOS 有
Windows 公司的 Windows NT/2000和
Novell 公司的 NetWare等。
(1) Client/Server工作模式
该模式是由客户机、服务器和网络操作系统共同组成的分布式计算和处理系统。一个系统中可有多个客户机，一个或多个服务器。
C/S结构是在工作站 /文件服务器 (W/FS)结构上发展而来。其工作过程是：当用户有任务时，通过客户机向服务器发出请求，
系统将需要处理的工作 分配给客户机和服务器共同来完成,即将较复杂的计算和重要的资源管理任务交给服务器完成，而把一些简单的、频繁与用户打交道的工作交由客户机来完成。
客户机上除了安装与网络通信相关的工作站外壳软件和通信协议外，还安装有客户软件。客户机是服务的请求者。
客户机提供一个用户界面，负责完成用户的命令和数据输入，并接收来自服务器的用户要求的结果。用户的命令是由 SQL语言构成的。
服务器上装有服务程序，它接收客户机的
SQL命令，响应客户机请求，并把结果返回给客户。
装有不同程序的服务器，提供不同的服务，
如文件服务器、打印服务器、通信服务器等；一台服务器上也可以装有多种服务程序，兼做多种服务器，提供多种服务。
在 C/S模式下，数据处理被分割为客户机上运行的部分 (前台 )和服务器上运行的部分 (后台 )，使客户机和服务器两者既分工又合作，共同完成整个任务。这样既可有效地利用网络的各种资源，又能提高网络的运行效率。
(2) Client/Server模式连接件
对大多数从事应用程序开发的程序员而言，
编写跨平台、多协议、多编程语言的网络应用软件是很困难的。同时，如果程序员需要对低层网络协议编写应用程序，也会出现程序过多地依赖低层网络技术和程序很难集成新的网络服务的问题。
为了解决应用程序对网络过分依赖的问题，
可以在客户机和服务器之间增加一层软件，
即中间件。利用中间件提供的应用程序编程接口 (API)，把下层网络技术屏蔽起来，
程序员可以集中精力于应用方面而不是在通信问题上。中间件的主要作用就是把应用和网络隔离开。
局域网的特点,类型,体系结构,IEEE 802、
标准,介质访问控制方法,局域网的组成,传统以太网的类型及组成,高速以太网的类型和应用,交换式局域网的交换原理,特点和应用,
虚拟局域网技术,局域网的资源共享模式,
FDDI网络的性能和应用等 。
本章要求
了解局域网的基本概念,特点和应用
了解局域网体系结构和 IEEE 802标准
掌握常用局域网的介质访问控制方法
掌握传统以太网的组成
了解高速以太网的类型和应用
了解交换式局域网的交换原理,特点和应用
了解虚拟局域网应用
了解局域网的资源共享和工作模式
了解 FDDI网络性能和应用本章分为七小节：
4,1 局域网的特点和类型
4,2 局域网的体系结构
4,3 局域网介质访问控制方法
4,4 以太网
4,5 FDDI网络
4,6 交换式局域网
4,7 局域网资源共享模式
4,1 局域网的特点及类型
1,LAN定义和特点
覆盖范围小；成本低；传输速率高；误码率低，可靠性高；介质适应性强使用灵活，易于操作，便于维护维修；结构简单，易于实现。
2,LAN的拓扑结构和传输介质：
常见局域网 拓扑结构 为：星型、总线型和环型
常用局域网 传输介质 为：双绞线、同轴电缆、光纤和地面微波。
3,LAN的分类
按网络的 转接方式 划分：共享介质局域网和交换式局域网；
按网络的 资源管理方式 划分：对等式局域网和非对等式局域网；
按网络中 传输的信号形式 划分：基带局域网和宽带局域网；
按网络的 拓扑结构 划分：星型、环型和总线型局域网；
按网络的 传输介质 划分：同轴电缆、双绞线、光纤和无线局域网；
按网络的 介质控制访问方式 划分：以太局域网、令牌总线局域网和令牌环局域网。
4,2 局域网的体系结构
1,LAN层次结构
美国电气与电子工程师协会 IEEE于 1980
年 2月成立的局域网络标准化委员会制订了一系列局域网络标准。这类 IEEE 802
标准遵循 OSI参考模型原则，并规范了物理层、数据链路层及部分网络层功能。
EDCBA
网际层
MAC子层
LLC子层应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层 物理层
OSI／ RM与 LAN／ RM的对应关系
SAP
OSI / RM LAN / RM
LAN高层
IEEE层次结构将 OSI模型中的数据链路层分为 MAC和 LLC两个子层。
物理层,物理层负责物理连接管理和在介质上传输比特流。传输介质接口具有机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
数据链路层,数据链路层主要作用是通过一些数据链路层协议,在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输,负责帧的传输管理和控制 (帧顺序,差错和流量控制 )。
由于 LAN采用的拓扑结构,传输介质和介质访问控制方法的不同,数据链路层就存在与传输介质有关和无关的两部分 。
所以,可将 LAN的数据链路层划分为两个子层,LLC子层 和 MAC子层 。
由于 LAN结构简单,一般不需要中间转接,网络层的许多功能可由 LLC层完成 。
IEEE 802没设置网络层 。 但在多个子网互连时,可设立网际层 。
LAN的高层更简单,IEEE 802中尚无定义,可由具体的网络操作系统实现 。
2,IEEE 802标准系列
IEEE 802.1 LAN和 MAN综述,体系结构,
管理和互连
IEEE 802.2 逻辑链路控制 (LLC)协议
IEEE 802.3 CSMA/CD访问方法及物理层技术规范
IEEE 802.4 令牌总线访问方法
IEEE 802.5令牌环访问方法
IEEE 802.6 城域网络标准
IEEE 802.7 宽带网络标准
IEEE 802.8 光纤技术标准
IEEE 802.9 综合数据／话音 LAN标准
IEEE 802.10 LAN的安全机制
IEEE 802.11 无线 LAN标准
IEEE 802.12 100Base-VG网络访问方法及物理层技术规范
此外还有很多 IEEE 802标准及其补充标准,
如 IEEE 802.13,IEEE 802.14,IEEE 802.15，
IEEE 802.16 标准分别是：利用 CATV宽带通信标准,线缆,调制解调器规范,无线私人网标准和宽带无线访问标准 。
这些标准中有 IEEE 802.1,IEEE 802.2,IEEE
802.3,IEEE 802.4,IEEE 802.5,IEEE 802.6和
IEEE 802.8分别被 ISO接纳为国际标准,编号分别为 ISO8802.1 --ISO8802.7
近年出现的快速以太网和高速以太网,其标准是在原 IEEE 802.3基础上进行了扩充；另外,由于移动通信技术的发展促进了无线局域网的迅速发展,IEEE 802.11标准也有了较多的扩充 。
IEEE 802.3u 100Base-T访问方法及物理层技术规范；
IEEE 802.3ab 基于 UTP的 1000Base-T访问方法及物理层技术规范；
IEEE 802.3ac 虚拟局域网 VLAN以太帧扩展协议；
IEEE 802.3z 基 于 光 缆 和 短 距 离 铜 介 质 的
1000Base-X访问方法及物理层技术规范；
IEEE 802.3ae 10Gbps以太网技术规范 。
IEEE 802.11a 工作在 5GHz频段,传输速率为 54Mbps的无线局域网标准；
IEEE 802.11b 工作在 2.4GHz频段,传输速率为 11Mbps的无线局域网标准；
IEEE 802.11g 工作在 2.4GHz频段,传输速率为 54Mbps的无线局域网标准 。
802.2 逻辑链路控制 (LLC)
802.10 可互操作的局域网的安全机制
802.1 网际互连
802.3
MAC
802.3
物理
802.4
MAC
802.4
物理
802.5
MAC
802.5
物理
802.6
MAC
802.6
物理
802.9
话音数据综合局域网
802.11
无 线局域网
802.1
概述、
管理、
体系结构
802.12
快速局域网
IEEE 802系列标准间的关系
LLC子层
MAC子层物理层
4,3 LAN介质访问控制方法
大部分局域网都是共享信道连接，即通过一个公共信道将所有的用户连接起来。
一个站点发送的数据可能被多个站点接收，这样的信道也称为广播式信道、多址共享信道。
在局域网中，多个用户共用一路传输介质时，难免会发生冲突。为了避免冲突，
必须采用相应的技术对用户访问介质情况进行控制，这就是介质访问控制。
按照用户访问公共信道（介质）的方式的不同，介质访问控制技术可分为随机访问技术和受控访问技术两类。
1,CSMA/CD介质访问控制方法
CSMA/CD是一种典型的随机访问技术。
它来源于 ALOHA技术。它是上世纪 70年代美国夏威夷大学开发的、用于公共无线信道网络的。
(1) ALOHA
ALOHA技术最初用于无线广播式信道和总线式信道。
ALOHA 技术原理 (以总线信道为例 )：总线上各站点地位相等，可随机向总线上发送数据帧，其他站点可同时接收这些信息。
当两个以上站点同时发送信息时，信息在总线上就会发生冲突 (重叠 )，发生冲突的数据都出错，要重发。
发现总线上有信息冲突时，各发送站要停止发送，各自延迟一个随机时间后再重发。
如再发生冲突，则延迟一个随机时间后再重发，直至发送成功为止。
(2) CSMA技术
CSMA即载波监听多点访问技术。它是对
ALOHA的一种改进：在 ALOHA上增加一个 监听过程 。即要发送信息的各站点在发送前都要监听总线，检测总线上是否有其他站点发送的信息。
如果总线空闲，则说明此时总线上没有信息在传输，则本站点可启动发送；如果监听到总线忙，则说明此时总线上正有信息在传输，则该站点不可再发送信息，以免破坏正在传输的数据，待总线空闲时再启动发送。这个过程就是载波监听。
简言之,CSMA由 ALOHA改进而成，其主要思想就是希望要发送信息的站点先对传输介质进行监听，以确定是否有别的站在传输信息，如果没有，该站就可以发送；
否则要退让一段时间再尝试发送。该退让时间是由一种退让算法确定的。
CSMA技术有坚持型 CSMA和非坚持型
CSMA两种。
所谓的坚持和非坚持，就是对在监测到总线上已有信息在传输后，是继续 (坚持 )
监听总线还是停一段时间 (不坚持 )再监听总线而言的。
(3) CSMA/CD
CSMA/CD即带有冲突检测的载波监听多点访问。它是在 CSMA基础上又增加了冲突检测 (CD)过程而成。
CSMA/CD技术 发送过程 分两个步骤进行：
载波监听 和 冲突检测 。载波监听过程与
CSMA同。
冲突检测,当站点启动发送后，还要继续监听总线 (边发送边监听 )，以检测本站点是否与其他站点发生冲突。如果检测表明总线信息与本站发送的信息一致，则说明未发生冲突，就继续发送信息直至发送完毕。若总线信息与本站所发信息不一致，则说明发生了冲突，此次抢占总线失败，要中断发送。
为了确保其他站点能够检测到冲突，该站立即向信道发送一串短的阻塞 (Jam)信号，
以强化冲突，通知其他站已有冲突。
检测到冲突后，站点要立即停止发送，根据坚持型算法和非坚持型算法再进行第一步骤操作。
CSMA/CD接收过程,网上每个站点平时都在监听总线，如果有信息到来，则接收信息；然后再分析和判断信息帧中的接收端地址，如果该地址为本站地址，
则复制接收该帧；否则，简单丢弃该帧。
CSMA/CD最先用于总线型 LAN(IEEE
802.3标准 )，后来，该标准扩展到星型网和树型网等结构 (IEEE 802.3 扩充标准 )。
2,令牌环介质访问控制方法
(1) 令牌访问控制原理
在网上设置一个特殊的控制帧 --令牌，该帧可在由各站点构成的 逻辑环路 上逐站进行传递，只有获得令牌的站点才有权发送数据。得到令牌的站点有数据要发送，就占住令牌，发送数据，发送完毕再将令牌传递给下一站；若无数据发送，则将令牌继续往下传递。
这样，在令牌的控制下，连接在 逻辑环 上的各站就可以顺序地发送数据，不会出现冲突。即使在网络负载较重的情况下，网络仍然可实现数据的可靠传输。
令牌的传输和访问控制是按逻辑环顺序进行的，而实际使用该控制技术的网络有环型网和总线型网。
在物理环型网，令牌巡行的逻辑环与物理环一致。
在物理总线型网，环初始化时将总线上各节点构成一个逻辑环，每个站在环中有逻辑位置，最后一个站点与第一个站点逻辑上相连。
(2) 令牌环网
令牌环访问技术即 IEEE 802.5 标准，用于环型网络。在网上令牌帧沿着物理环路单向循环，依次通过各个节点。发送数据站在捕获到空令牌后将其置为“忙”，
然后开始发送数据帧；
当数据帧经过目的站时，目的站一方面复制该帧，另一方面将数据帧继续转发，数据帧循环一周后再回到发送站，由发送站将数据帧舍弃，释放令牌 (置为,闲,)，
将其传送给下一站点。
B
A
T
D D
C C
A
B B
C
A
D D
C
B
A
令牌环的传输过程
T
令牌环网访问控制主要有三个步骤：
① 发送站获取令牌
② 发送站占有令牌并发送数据帧；
③ 接收站接收数据帧
④ 接收站转发数据帧；
⑤ 发送站撤消数据帧并释放令牌。
无论网络负载如何，令牌帧总是沿着环网依次通过各个节点来实现介质访问控制。网络负载较少时传输效率比较低；
负载较重时，由于各节点访问介质的机会均等，并不会出现冲突，因此传输效率比较高。
令牌环访问方法采用由发送节点从环上收回数据帧的策略，有利于广播式传输，
可使多个节点接收同一个数据帧，同时还具有目的节点对源节点的捎带应答功能。
令牌环访问方法的优点是它能保证要发送数据的节点在一个确定性的时间间隔内访问介质，并可以用多种方法建立访问的优先级。但它的主要缺点是令牌维护比较复杂，令牌的丢失将会降低环网的利用率，而令牌重复也会破坏环网的正常运行。
3,令牌总线介质访问控制方法
IEEE 802.4是令牌总线网标准，用于总线型拓扑结构。其访问控制原理与令牌环原理相同，只是网络物理结构为总线型，令牌是在由总线网各站点构成的 逻辑环 路上逐站进行传递，获得令牌的站点有权发送数据。
该 逻辑环 是将总线网上各站点按事先安排好的令牌环行顺序排列构成的。每个站在环上都有一个逻辑位置，它由本站 TS地址、前站 PS地址和后站 NS地址确定。令牌传递是按站点的逻辑顺序进行的，与节点在总线中的物理位置无关，逻辑环上的相邻点不一定是总线上的相邻站。
2 6 84
1 753
令牌总线局域网络
4,几种访问技术的比较
(1) CSMA/CD的特点
各站点平等，实现算法简单；网络维护方便，增删节点容易；负载较少 (节点少 )
时，传输效率较高。但它不具有某些场合要求的优先权；负载重时，容易出现冲突，导致传输效率降低。
(2) 令牌访问技术的特点
节点访问介质的时间间隔确定；可用多种方法建立访问优先级。但令牌维护过程复杂；令牌的丢失将会降低网络效率；
令牌重复也会破坏环网的正常运行。
(3) Token Bus与 CSMA/CD比较
网络负载增加时，后者的冲突增加，效率下降。后者在访问竞争中各站平等，
具有随机性，不能满足实时性要求；而前者可引入优先机制，且响应时间和访问时间都具有确定性，因而实时性好，
但控制较复杂。
(4) Token Bus与 Token Ring比较
由于后者传输数据必须按环路进行，而前者传输数据有直接通路，所以令牌总线网延迟时间短。
4,4 以太网
1,以太网的概念
以太网是由美国 Xerox等公司联合开发于
1976年推出的局域网，于 1980年公布了
Ethernet的物理层和数据链路层技术规范，
是世界上第一个局域网工业标准，即后来的 IEEE 802.3标准。以太网采用随机访问控制技术 CSMA/CD。
以太网自 70年代后期出现以来，发展非常迅速。其传输速率从最初的 10Mbps,
发展到 100Mbps,1000Mbps，现在已有了 10Gbps的以太网。以太网是目前应用最广泛的一类局域网。
传统以太网通常是指传输速率为 10Mbps
的以太网。
2,传统以太网
传统以太网使用 CSMA/CD介质访问方式，
其标准是 IEEE 802.3。后来在物理层又定义了多种传输介质 (粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线和光纤 )和拓扑结构 (总线型、星型、树型和混合型 )，形成了一个 10Mbps以太网的标准系列,IEEE 802.3的 10Base-5、
10Base-2,10Base-T和 10Base-F标准。
(1) 10Base-5 网络
以粗同轴电缆为传输介质、传输基带信号、
传输 速率为 10Mbps的总线型局域网。
网络指标,一段粗缆长 ≤ 500米、收发器电缆长 ≤ 50米、粗缆特性阻抗 50Ω,网段站点数 ≤ 100个，总的粗缆长 ≤ 2500米 。
网络硬件,计算机,AUI网卡、外部收发器、粗缆、收发器电缆、终端匹配器。
外部收发器收发器电缆终端匹配器
10Base-5网络的物理结构粗缆
(2) 10Base-2网络
以细同轴电缆为传输介质、传输基带信号、
传输速率 10Mbps的总线型局域网。
网络硬件和指标,计算机,BNC网卡、细缆,BNC-T连接器、终端匹配器。细缆长
≤185米、细缆特性阻抗 50Ω，网段站点数
≤30个，总的细缆长 ≤945米。
终端匹配器细缆
10Base-2网络的物理结构
(3) 10Base-T网络
以 UTP双绞线为传输介质、传输基带信号、
传输速率为 10Mbps的星型局域网。
网络硬件和指标,计算机,RJ-45网卡、集线器 (HUB),UTP电缆,RJ-45连接器,UTP
电缆长 ≤100m。
…
…
10Base-T网络
UTP电缆
HUB
HUB
(4) 10Base-F网络
以光缆为传输介质、传输基带信号的星型局域网。具体不同硬件构成有 10Base-FP、
10Base-FB和 10Base-FL三个标准。
网络硬件和指标,计算机、光缆网卡、光缆及 ST连接器、光纤集线器，光缆长
≤500m,≤2000m 。
标准 年度速率
（ M ）
站点数
（个）
网段
（米）
传输介质
8 0 2,3 1 0 B a se- 5 1983 10 100 500 50 Ω 粗同轴电缆
8 0 2,3 a 1 0 B a se- 2 1988 10 30 185 50 Ω 细同轴电缆
8 0 2,3 b 1 0 B r o a d - 3 6 1988 10 100 1800 75 Ω 同轴电缆
8 0 2,3 c 1 B a se- T 1988 1 1 2 /H U B 250 100 m 2 对 U T P3
8 0 2,3 i 1 0 B a se- T 1990 10 1 2 /H U B 100 100 m 2 对 U T P3
8 0 2,3 j 1 0 B a se- F 1992 10 2000 2 根多膜光纤
8 0 2,3 u 1 0 0 B a se- T 1995 100 1024 100 100 m 2 对 U T P5
传统以太网标准及参数表
2,快速以太网
(1) 100Base-T
100Base-T是由 10Base-T发展而来,其 标准为 IEEE 802.3u(IEEE 802.3的又一个补充标准 )，介质访问方式是 CSMA/CD，传输速率达 100Mbps。
100Base-T的帧格式、访问方式、组网方法及有关管理信息均与 10Base-T相同。在
100Base-T中只定义了新的物理层规范。
100Base-T定义了三种物理层标准,100Base
-TX,100Base-T4和 100Base-FX，分别支持不同的传输介质。
100Base-TX,使用 2对 UTP5或 STP，其中
1对用于发送，另 1对用于接收，全双工传输。网段线缆长度 ≤100m。编码采用
4B/5B方法。
100Base-T4,支持 4对 UTP3，也支持 UTP4
和 UTP5；其中 3对线用于传输数据 (每对速率为 33.3Mbps),1对用于冲突检测，半双工传输。网段线缆长度 ≤100m。
100Base-FX,使用 2芯 62.5/125μm多模光纤，最大长度达 412m，也可用 2芯单模光纤，最大长度可达 1000m。编码采用
4B/ 5B方法。
100 Base-T的自适应功能,100Base-T自动适应两种传输速率 10Mbps和 100Mbps。
对 100Base-T来说，自适应功能将允许一个节点的网卡或一个集线器能够同时适应 10
Mbps和 100Mbps 两种传输速率，能自动确定当前的速率模式，并以该速率进行通信。
10Base-T网络升级为 100Base-T 网络：
10M网卡换成 100M或 10/100M自适应网卡
10M HUB换成 100M或 10/100M自适应 HUB
UTP3换成 UTP5
自适应算法就会自动驱动 10/100 Mbps 网卡和 10/100 Mbps HUB以 100Base-T模式操作，
达到 100Mbps速率，无需人工或软件干预。
(2) 100Base-VG
100Base-VG的标准是 IEEE 802.12，介质访问方式是 优先轮询 (按需优先 )方式。
100Base-VG是 UTP电缆上进行 100Mbps速率传输，且适于 Ethernet和 Token-Ring方式的网络，故也叫 100VG-AnyLAN。
100Base-VG网络采用 4对双绞线，信息分 4
路同时传输，来提供与 100Mbps速率相应的带宽，并且支持 IEEE 802.3和 IEEE 802.5
两种帧格式 (不是同时支持 )。 100Base-VG
编码方式为 5B/6B。
3,高速以太网
(1)千兆位以太网
千兆位以太网保留了传统以太网的所有特征：帧格式,介质访问控制方法 (CSMA/ CD),组网方法 。
重新制定了物理层标准 。
千兆位以太网支持从传统以太网向千兆位以太网的升级,因此可最大限度地保护用户已有的投资 。
千兆位以太网 有两个标准,IEEE 802.3z
和 IEEE 802.3ab。
IEEE 802.3z,定义的传输介质为光纤和短距离屏蔽双绞线 STP。
IEEE 802.3ab,定义的传输介质为长距离光纤和 UTP5双绞线 。
千兆位以太网 的两个标准分别对应于四个介质规范：
1000Base-SX：短距离多模光纤 (300m)
1000Base-T,4对 UTP5(100-200m)
1000Base-CX：短距离 STP(25m)
1000Base-LX：长距离单模光纤 (3000m)
1000Base-T价格低廉,不易破坏,性能良好 。 可向后兼容 10M,100M以太网；很多 1000Base-T产品都支持 10M/100M自适应功能,可以通过升级实现；误码率低于
10-10,编码方式是 8B/10B。
千兆位以太网 采用以交换机为中心的星型拓扑结构，主要用于交换机与交换机之间或交换机与超级服务器之间的网络连接，
将网络核心部件挂接在千兆位以太网交换机上，而将 100Mbps以太网系统迁移到网络的边缘。这样既能为用户提供更大的网络带宽，又不至于阻塞主干网络。
一种简单的升级方案是将交换机和交换机之间的链路速率由 100Mbps升级到 1000
Mbps。将企业网中的超级服务器迁移到交换机的千兆位以太网端口上，使链路速率升级到 1000Mbps。
交换机超级服务器交换机
…
100
Mbps
链路
100
Mbps
链路
…
千兆位以太网
1000Mbps链路
千兆位以太网 是局域网领域里出现的新技术,与 ATM技术 相比具有价廉,实现简单的优点,易为原以太网用户所接受,
是以太网技术的发展方向 。 但千兆位以太网仍和其他以太网一样,没有提供对多媒体应用所需的服务质量的支持,这仍然是一种缺陷 （ 没有 ATM的 QoS参数高 ） 。
(2) 万兆位以太网
在 2000年初 万兆以太网 的 IEEE 802.3ae规范被提出,2002年 6月被批准。
万兆位以太网 并不只是将千兆位以太网的带宽扩展 10倍，它的目标在于扩展以太网，
使其能够超越 LAN，以进入 MAN 和
WAN 。
IEEE正在为 万兆位以太网 制定两个分离的物理层标准：一个是为 LAN，另一个是首次为 WAN制定的。 LAN版本提供了恰好
10G的速率，实际上是千兆位以太网的一个更快的版本。 WAN版本与 LAN版本不同，它在一个同步光纤网 (SONET)链路上以速率 9.58Gbps传输以太网帧。
万兆位以太网 只采用全双工技术和支持光纤传输介质 （ 不支持铜线 ） 。 它是以交换机为中心的星型结构,可以为网络提供更大的可用带宽 。
万兆位以太网 采用 64B/66B编码形式 。 支持的传输距离从 100m,300m,10km，
甚至 40km,未来还将与 DWDM相结合,
提供更高带宽和更远距离 。
万兆位以太网 的一类主要应用是作为主干网：配置于核心 LAN中,LAN管理员可使用 10G以太网连接大量的服务器或到达以太网交换机的服务器；用于连接企业网和校园网,这要取决于它们之间的距离以及 LAN上用的是单模光纤还是多模光纤 。
4,6 交换式局域网
1,交换式局域网概述
共享介质式 LAN,传统局域网建立在共享介质的基础上，网中所有节点共享一条公共传输介质的带宽。典型的介质访问控制方式是 CSMA/CD,Token-Ring,Token-
Bus。
这些网中每个节点都能公平地使用公共传输介质 (即 n个节点共同享用介质带宽，每个节点只享用其带宽的 n分之一 )。当网络节点数增多时，每个节点平均能分配到的带宽越来越少，网络效率下降，网络传输延迟增长。
交换式局域网,交换式局域网的 核心是局域网交换机 。局域网交换机一般是根据某一类局域网而设计的。典型的交换式局域网是交换式以太网，其核心部件就是以太网交换机。
局域网交换机有多个端口，每个端口可以连接一个独立节点，这样就形成以交换机为中心的星型结构。
交换机的多个端口间可形成并发连接，在这些连接上可进行并发传输。因此交换式局域网中各节点可独享信道带宽，因此，
n个节点的局域网的可用带宽为 n倍信道带宽。
2,交换机的交换原理
当两个站点间有信息包要传递时，在两站点间通过交换机临时建立一条点到点的连接，包发送完后立即拆除该连接。
交换机从一个端口收到包，识别出包中的目的站的 MAC地址，得到目的站所在的端口后即在两端口之间建立一条虚连接，将包从源端转发到目的端。
交换机内部可同时建立多个虚连接，相当于多路复用，因此，连接交换机端口的多个站点之间可存在并发通信。
地址表节点 A 节点 C 节点 E 节点 F
端口缓冲器转发机构地址表端口 地址
1 A
2
3 C
4
5 E
6 F
交换机的构成与交换过程
由此可见，交换式局域网可从根本上改变共享介质的方式，可通过交换机支持端口节点之间的多个 并发连接,实现多节点之间数据的 并发传输,因此可以 增加局域网带宽,改善局域网性能和服务质量。
3,信息交换方式及特点
存储转发方式,先将整个数据帧存储在缓冲器中，等待完成差错检测、路由选择等处理后，根据帧的目的地址确定输出端口号，将其转发出去。其特点是支持不同速率端口的帧转发；有差错控制；交换时延较长；负载重时性能下降。
直接交换方式,也叫 切入式,它是 在接收到帧的同时马上按该数据帧的目的地址确定其输出端口，将其转发出去，而不管该帧是否有错，差错检测任务交由主机节点完成。其特点是转发速度快，时延小；无差错检测；不能对速率不同的端口转发。
无碎片直通方式,也叫改进型切入式，是将前两者的优点结合起来的方式 (收到帧的前 64字节后，判断帧头字段是否正确，如正确则转发 )。该方式既具有差错检测功能，
又有较高的速率和较小的延迟。所谓碎片，
是指那些传输中出现冲突而形成的无用信息，多数少于 64B，这些碎片不转发。
4,交换网的应用
(1) 主干连接,利用较高带宽的交换网如千兆网,FDDI,ATM等作主干网，连接其他一些低速网络。
(2) 高速服务器连接,使公共服务器与交换网连接，提供高速端口。
(3) 交换机之间连接,提供高速主干线，全双工通信。
5,虚拟局域网 VLAN
VLAN是一种高速交换式 LAN，是为用户提供的一种新型交换式 LAN服务。它是在交换技术基础上，通过管理软件建立起来的可跨越不同物理网段、包含不同网络类型站点的逻辑工作组 (即逻辑网络 )。
VLAN是用软件来实现划分和管理的。
虚拟局域网上的站点不受物理位置限制，
同一个逻辑工作组上的站点可以分布在不同的物理网段上，也可以建立在不同的交换机上，但各站点之间的通信就像位于同一个物理网段上和同一个交换机上一样。
交换式局域网中有些节点会发出一种特殊的广播帧。网络节点多时会产生过多的该类帧，形成广播风暴，会影响网络效率，
严重时网络处于半瘫痪。降低广播帧的影响可采用 LAN分割和 VLAN方式。
因此,VLAN可以分割网络，减少广播效应。但设立 VLAN主要是为了应用。
VLAN的分割是逻辑分割而非物理分割，
分割后的多个逻辑工作组可方便地进行应用。
VLAN用户由管理员分配，且能控制哪个节点与其他节点通信，网络安全性好；
VLAN分散管理和运行，网络效率也高。
虚拟局域网的分类,虚拟局域网可在网络的不同层次上实现，因此，有相应的不同类型。
(1)端口 VLAN,网络管理员使用软件或直接设置交换机，按交换机端口来定义 VLAN。
一个端口可以连接一台机器，也可以连接一个 LAN。端口 VLAN可以看作物理层
VLAN。
(2) MAC层 VLAN,按站点 MAC地址来定义
VLAN一般每个端口连接一个端点。 MAC
与硬件有关，当站点移动到其它网段时，
该站点可自动保留原 VLAN,不必重新定义 VLAN，交换机能够自动识别和定义。
因此，基于 MAC的 VLAN也叫动态 VLAN。
该类 VLAN的安全性好。
(3) 网络层 VLAN,就是按站点的网络地址 (IP
地址 )来定义 VLAN。第三层交换机就能识别网络层报文，可以使用报文中的 IP地址来定义 VLAN。多个 VLAN之间也需由路由器连接。网络层 VLAN便于按协议类型组织，有利于基本业务和应用；用户可随意移动机器，起 IP地址不变。
(4) 应用层 VLAN,它是根据应用所需要的网络带宽和 QoS等来定义其 VLAN的。它属于应用层虚拟 LAN，实现起来更为复杂。
FDDI--光纤分布式数字接口
(1) FDDI结构
FDDI采用单模或多模光纤传输介质，双环结构 (两根光纤构成两条封闭的环路，
主环和副环 ),这是 FDDI网络的骨干结构。
两环中信息流动方向相反。
4,5 FDDI网络
组成 FDDI网络有多类站点,A类站 (双连站 ),B类站 (单连站 )。双连站点有集线器、路由器、交换机等。
FDDI网络可互连以太网、令牌环网和令牌总线网等。
组成 FDDI网络有多类站点,A类站 (双连站 ),B类站 (单连站 )。双连站点有集线器、路由器、交换机等。
FDDI网络可互连以太网、令牌环网和令牌总线网等。
(2) FDDI主要技术指标
FDDI是一个高性能网络，双环最长 200 km，
传输速率为 100Mbps，网络最多站点数
1000个，最大帧长度 4500B，误码率小于
2.5*10-10。
编码方法 4B/5B；介质访问方式为令牌访问
(多令牌轮询 )；拓扑结构为双环树型； 传输介质为光纤、双绞线等。
(3) FDDI的特性和应用
由于 FDDI采用了光纤作为传输介质，同时又增加了容错处理能力，从而使其具有了很多的优越性，具有速度高、容量大、传输距离远和可靠性高等特点
无论是在主干网还是端网的应用方面，
FDDI都有很广泛的应用,FDDI可用于主干网络，也可用于后端网络和前端网络。
4,7 局域网资源共享模式
常用的局域网中存在着两种完全不同的资源共享模式：一种是对等共享模式；另一种是非对等共享模式，它们共享资源的范围和方式完全不同。后者也叫基于服务器的模式，其典型代表是客户机 /服务器
（ Client／ Server）模式。
1,对等模式
对等模式工作于对等式网络中，网络上各站点都是平等的，不存在主从关系。系统中不设专用服务器。原则上网络中任何一个站点都可以直接调用和共享其他站点的资源。
如果一个站点的资源要被其他站点调用共享，可把该站点设置为兼有服务器功能的站点。其操作系统被扩充为前、后台工作方式。前台执行本地应用程序，后台随时准备响应其他站点对其资源的调用。
对等模式的 LAN优点是规模小，投资小，
且具有分布式特点。但存在明显的缺点：
每个机器采用前、后台工作方式，使得机器负担加重，效率降低；另外，共享资源分散在各站点，使网络的资源管理和通信管理难度增加，不宜用于规模较大的网络系统。
2,非对等模式
网络中有两类节点：服务器和工作站。
服务器运行非对等 NOS的服务器软件，集中管理网络的共享资源，为工作站提供服务。服务器可看成是网络的逻辑中心。
工作站上运行非对等式 NOS的工作站软件，根据用户的请求，为用户访问本地资源和网络资源服务。
一般，服务器的硬件配置较高，而工作站的配置相对较低。
非对等模式的发展经历了基于硬盘服务的
NOS，基于文件服务的 NOS 和 Client/
Server 等演变过程。
目前常用的非对等式 LAN NOS 有
Windows 公司的 Windows NT/2000和
Novell 公司的 NetWare等。
(1) Client/Server工作模式
该模式是由客户机、服务器和网络操作系统共同组成的分布式计算和处理系统。一个系统中可有多个客户机，一个或多个服务器。
C/S结构是在工作站 /文件服务器 (W/FS)结构上发展而来。其工作过程是：当用户有任务时，通过客户机向服务器发出请求，
系统将需要处理的工作 分配给客户机和服务器共同来完成,即将较复杂的计算和重要的资源管理任务交给服务器完成，而把一些简单的、频繁与用户打交道的工作交由客户机来完成。
客户机上除了安装与网络通信相关的工作站外壳软件和通信协议外，还安装有客户软件。客户机是服务的请求者。
客户机提供一个用户界面，负责完成用户的命令和数据输入，并接收来自服务器的用户要求的结果。用户的命令是由 SQL语言构成的。
服务器上装有服务程序，它接收客户机的
SQL命令，响应客户机请求，并把结果返回给客户。
装有不同程序的服务器，提供不同的服务，
如文件服务器、打印服务器、通信服务器等；一台服务器上也可以装有多种服务程序，兼做多种服务器，提供多种服务。
在 C/S模式下，数据处理被分割为客户机上运行的部分 (前台 )和服务器上运行的部分 (后台 )，使客户机和服务器两者既分工又合作，共同完成整个任务。这样既可有效地利用网络的各种资源，又能提高网络的运行效率。
(2) Client/Server模式连接件
对大多数从事应用程序开发的程序员而言，
编写跨平台、多协议、多编程语言的网络应用软件是很困难的。同时，如果程序员需要对低层网络协议编写应用程序，也会出现程序过多地依赖低层网络技术和程序很难集成新的网络服务的问题。
为了解决应用程序对网络过分依赖的问题，
可以在客户机和服务器之间增加一层软件，
即中间件。利用中间件提供的应用程序编程接口 (API)，把下层网络技术屏蔽起来，
程序员可以集中精力于应用方面而不是在通信问题上。中间件的主要作用就是把应用和网络隔离开。
