|
|
|
IEEE局域网标准委员会对局域网的定义为：“局域网络中的通信被限制在中等规模的地理范围内，如一所学校；能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率；局域网络是专用的，由单一组织机构所使用。”局域网技术由于具有规模小、组网灵活和结构规整的特点，因此极易形成标准。事实上，局域网技术也是在所有计算机网络技术中标准化程序最高的一部分。国际电子电气工程师协议早在20世纪70年代就制定了三个局域网标准：IEEE 802.3（CSMA/CD，以太网）、IEEE 802.4（Token Bus，令牌总线）和IEEE 802.5（Token Ring，令牌环）。由于它已被市场广泛接受，因此IEEE 802系列标准已被ISO采纳为国际标准。而且，随着网络技术的发展，又出现了IEEE 802.7（FDDI）、IEEE 802.3u（快速以太网）、IEEE 802.12（100VG-AnyLAN）和IEEE 802.3z（千兆以太网）等新一代网络标准。
|
|
|
|
一个局域网的基本组成主要有网络服务器、网络工作站、网络适配器和传输介质。这些设备在特定网络软件支持下完成特定的网络功能。决定局域网特性的主要技术有三个方面：用以传输数据的传输介质；用以连接各种设备的拓扑结构；用以共享资源的介质访问控制方法。它们在很大程度上决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量和利用率，以及网络应用等各种网络特性。不同的局域网协议最重要的区别是介质访问控制方法，它对网络特性具有十分重要的影响。
|
|
|
|
|
|
参照ISO/OSI的7层参考模型，在IEEE 802局域网（LAN）标准中，定义了物理层和数据链路层两层，并根据LAN的特点，把数据链路层分成逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层和介质访问控制（Medium Access Control，MAC）子层，还加强了数据链路层的功能，把网络层中的寻址、排序、流控和差错控制等功能放在LLC子层来实现。下图为LAN协议的层次以及与OSI/RM参考模型的对应关系。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LAN的物理层和OSI物理层的功能一样，主要处理在物理链路上发送、传递和接收非结构化的比特流，包括对带宽的频道分配和对基带的信号调制、建立、维持、撤销物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。其特点是可以采用一些特殊的通信媒体，在信息组成的格式上可以有多种。
|
|
|
|
|
|
MAC的主要功能是控制对传输介质的访问，MAC与网络的具体拓扑方式以及传输介质的类型有关，主要是介质的访问控制和对信道资源的分配。MAC层还实现帧的寻址和识别，完成帧检测序列产生和检验等功能。
|
|
|
|
|
|
LLC可提供两种控制类型，即面向连接服务和非连接服务。其中，面向连接服务能够提供可靠的信道。逻辑链路控制层提供的主要功能是数据帧的封装和拆除，为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制。
|
|
|
|
在计算机网络体系结构中，最具代表性和权威的是ISO的OSI/RM和IEEE的802协议。OSI是设计和实现网络协议标准的最重要的参考模型和依据，而IEEE 802则制定了一系列具体的局域网标准，并不断地增加新的标准，它们之间的关系如下图所示。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
以太网技术可以说是局域网技术中历史最悠久和最常用的一种。它采用的“存取方法”是带冲突检测的载波监听多路访问协议（Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）技术。
|
|
|
|
目前以太网主要包括三种类型：IEEE 802.3中定义的标准局域网，速度为10Mb/s，传输介质为细同轴电缆；IEEE 802.3u中定义的快速以太网，速度为100Mb/s，传输介质为双绞线；IEEE 802.3z中定义的千兆以太网，速度为1000Mb/s，传输介质为光纤或双绞线。
|
|
|
|
|
|
IEEE 802.3所使用的介质访问协议CSMA/CD是让整个网络上的主机都以竞争的方式来抢夺传送数据的权力。工作过程为：首先侦听信道，如果信道空闲，则发送；如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。开始发送后再进行一段时间的检测，方法是边发送边接收，并将收、发信息相比较，若结果不同，表明发送的信息遇到碰撞，于是立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号，通知信道上各站冲突已发生。已发出信息的各站收到阻塞信号后，等待一段随机时间，等待时间最短的站将重新获得信道，可重新发送。
|
|
|
|
在CSMA/CD中，当检测到冲突并发出阻塞信号后，为了降低再次冲突概率，需要等待一个退避时间。退避算法有许多种，常用的一种通用退避算法称为二进制指数退避算法。
|
|
|
|
|
|
IEEE 802.3——10Mb/s以太网定义过10Base 5、10Base 2、10Base-T和10Base-F等（需要注明的是，其中10Base-T与10Base-F的最后一项就是以线缆类型进行命名的，其中T代表双绞线，F代表光纤）。10Base 5标准是最早的媒体规范，它使用阻抗为50Ω的同轴粗缆。但由于同轴粗缆的缆线直径大，所以比较笨重，不易铺设。10Base 2标准是为建立一个比10Base 5更廉价的局域网，它使用阻抗为50Ω的同轴细缆，唯一的差别就是它使得每两个节点间的距离限制从500m降为185m。10Base-T标准是一个使用非屏蔽双绞线为传输介质的标准，所要用到的非屏蔽双绞线只需3类线标准即可满足要求，是一个成功的标准。10Base-F标准充分利用了新兴媒体光纤的距离长、传输性能好的优点，大大改进了以太网技术。
|
|
|
|
IEEE 802.3u——100Mb/s快速以太网
|
|
|
|
随着计算机技术的不断发展，10Mb/s的网络传输速度实在无法满足日益增大的需求。IEEE 802.3u充分考虑了向下兼容性：它采用了非屏蔽双绞线（或屏蔽双绞线、光纤）作为传输媒介，采用与IEEE 802.3一样的介质访问控制层——CSMA/CD。IEEE 802.3u常称为快速以太网。根据实现的介质不同，快速以太网可以分为100BaseTX、100BaseFX和100BaseT4三种。
|
|
|
|
100BaseTX用两对5类非屏蔽双绞线，或者1类、2类屏蔽双绞线作为传输媒介，来实现传输速度为100Mb/s的网络，最多支持两个中继器。100BaseFX是2束多模光纤上的标准，在没有中继设备的网络中最大传输距离为400m。100BaseT4利用10Mb/s的网络中使用的3类线有两对是空着没有利用的特点，使用4对3类非屏蔽双绞线上提供传输速度为100Mb/s的网络。
|
|
|
|
IEEE 802.3z——1000Mb/s千兆以太网
|
|
|
|
IEEE 802.3z对介质访问控制层规范进行了重新定义，以维持适当的网络传输距离，介质访问控制方法仍采用CSMA/CD协议，并且重新制定了物理层标准，使之能提供1000Mb/s的原始带宽。因此，它仍是一种共享介质的局域网，发送到网上的信号是广播式的，接收站根据地址接收信号。网络接口硬件能监听线路上是否已存在信号，以避免冲突，或在没有冲突时重发数据。
|
|
|
|
|
|
（1）光纤系统。支持多模光纤和单模光纤系统，多模光纤的工作距离为500m，单模光纤的工作距离为2000m。
|
|
|
|
|
|
（3）5类UTP电缆。其传输距离为100m，链路操作模式为半双工。
|
|
|
|
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者交换机与企业超级服务器之间的高速网络连接。
|
|
|
|
|
|
令牌环是环型网中最普遍采用的介质访问控制，它适用于环型网络结构的分布式介质访问控制，其流行性仅次于以太网。令牌环网的传输介质虽然没有明确定义，但主要基于屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种，拓扑结构可以有多种，如环型（最典型）、星型（采用得最多）和总线型（一种变形）。编码方法为差分曼彻斯特编码。
|
|
|
|
IEEE 802.5的介质访问使用的是令牌环控制技术，其工作过程为：首先，令牌环网在网络中传递一个很小的帧，称为“令牌”，只有拥有令牌环的工作站才有权力发送信息。令牌在网络上依次顺序传递。当工作站要发送数据时，等待捕获一个空令牌，然后将要发送的信息附加到后边，发往下一站，如此直到目标站。然后将令牌释放。如果工作站要发送数据时，经过的令牌不是空的，则等待令牌释放。
|
|
|
|
当信息帧绕环通过各站时，各站都要将帧的目的地址与本站地址相比较，如果地址符合，说明是发送给本站的，则将帧复制到本站的接收缓冲器中，同时将帧送回到环上，使帧继续沿环传送；如果地址不符合，则简单地将信息帧重新送到环上即可。
|
|
|
|
|
|
FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）是类似令牌环网的协议，它用光纤作为传输介质，数据传速可达到100Mb/s，环路长度可扩展到200km，连接的站点数可以达到1000个。FDDI采用一种新的编码技术，称为4B/5B编码，即每次对4位数据进行编码。每4位数据编码成5位符号，用光信号的存在或不存在来代表5位符号中的每一位是1还是0。
|
|
|
|
光纤中传送的是光信号，有光脉冲表示1，无光脉冲表示0。这种简单编码的缺点是没有同步功能。在同轴电缆或双绞线作为传输介质的局域网中，通常采用曼彻斯特编码方式。它利用中间的跳变作为同步信号。这样对每一位数据单元产生两次瞬变，使带宽的利用率降低。5位编码的32种组合中，实际只使用了24种，其中的16种用来做数据，其余8种用来做控制符号（如帧的起始和结束符号等）。4B/5B编码中，5位码中的“1”码至少为2位，按NRZI编码原理，信号中就至少有两次跳变，因此接收端可得到足够的同步信息。
|
|
|
|
FDDI采用双环体系结构，两环上的信息反方向流动。双环中的一环称为主环，另一环称为次环。在正常情况下，主环传输数据，次环处于空闲状态。双环设计的目的是提供高可靠性和稳定性。FDDI定义的传输介质有单模光纤和多模光纤两种。
|
|
|
