任務(wù)4-局域網(wǎng)技術(shù)

1.4任務(wù)4局域網(wǎng)技術(shù)1.4.1任務(wù)描述1.4.2任務(wù)實(shí)施1.4.3任務(wù)擴(kuò)展1.4.1任務(wù)描述1.學(xué)習(xí)型工作任務(wù)2.技能目標(biāo)3.教學(xué)組織形式1.學(xué)習(xí)型工作任務(wù)學(xué)生通過(guò)教師講解和查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)以太網(wǎng)工作原理，要求：(1)局域網(wǎng)的特點(diǎn)和功能、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)、介質(zhì)訪問(wèn)控制的原理、無(wú)線局域網(wǎng)工作原理和基本組網(wǎng)方式；(2)主要的局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的功能與選擇、常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(3)令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI、VLAN的概念與實(shí)現(xiàn)方式。(4)了解你所在的學(xué)?；騿挝皇褂玫木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并填寫下表：2.技能目標(biāo)(1)能進(jìn)行局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的選擇；(2)能識(shí)別局域網(wǎng)的特點(diǎn)和功能、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)、介質(zhì)訪問(wèn)控制的原理、無(wú)線局域網(wǎng)工作原理和基本組網(wǎng)方式；(3)能理解令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI、VLAN的概念與實(shí)現(xiàn)方式。3.教學(xué)組織形式(1)學(xué)生角色：網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員。(2)教學(xué)過(guò)程：在網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)訓(xùn)室或網(wǎng)絡(luò)公司或某小型企業(yè)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生扮演網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員，教師扮演資深網(wǎng)絡(luò)管理人員針對(duì)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)知訓(xùn)練。1.4.2任務(wù)實(shí)施20世紀(jì)70年代的中后期，隨著微機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，微機(jī)數(shù)量的大量增加，以及眾多用戶對(duì)資源共享和提高系統(tǒng)可靠性及有效性的強(qiáng)烈需求，使得微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)的到了迅速發(fā)展。局域網(wǎng)特別適合于企事業(yè)單位的信息和過(guò)程管理及辦公自動(dòng)化方面的應(yīng)用。局域網(wǎng)所需要的初始投資不大，比較容易實(shí)現(xiàn)，加上微機(jī)的成本不斷降低，制造商對(duì)于局域網(wǎng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，使得在較短的時(shí)間內(nèi)，局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并得到迅速推廣應(yīng)用。世界上一些主要生產(chǎn)微機(jī)、小型計(jì)算機(jī)的廠商，甚至包括大型機(jī)廠商均已開發(fā)了多種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，品種達(dá)數(shù)百種。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的發(fā)展有很大影響。它不僅以中小型計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的形式廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化、信息處理自動(dòng)化以及金融、外貿(mào)、交通、商業(yè)、軍事、教育等部門，而且隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)將來(lái)的大型計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。局域網(wǎng)最基本的技術(shù)包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸技術(shù)和介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)。它們共同確定信息的傳輸形式、速率和效率、信道容量以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)類型等。1.局域網(wǎng)的特點(diǎn)（1）覆蓋范圍小局域網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)分布的地理范圍較小，如一個(gè)工廠、學(xué)校、建筑物甚至一個(gè)房間內(nèi)，用戶可以在局部范圍內(nèi)移動(dòng)，距離的改變一般不大。（2）傳輸速率高由于局域網(wǎng)所用通信線路較短，故可選用高性能的介質(zhì)做通信線路，使線路有較寬的頻帶，這樣就可以提高通信速率，縮短延遲時(shí)間。（3）誤碼率低，可靠性高局域網(wǎng)通信線路短，出現(xiàn)差錯(cuò)的機(jī)會(huì)少，而且局域網(wǎng)多為專用，噪聲和其他干擾因素影響小，因而網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過(guò)程中出錯(cuò)的概率小，可靠性高。（4）成本低，易于更新擴(kuò)充由于網(wǎng)絡(luò)區(qū)域有限，所用通信線路短、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相對(duì)較少，從而降低了網(wǎng)絡(luò)成本。另外，局域網(wǎng)通常為一個(gè)部門所有，也不受其他網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的約束，容易進(jìn)行設(shè)備的更新和使用最新技術(shù)，擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)功能。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)2.局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)典型的局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜和光纖，其次還有微波和衛(wèi)星等。雙絞線介質(zhì)有非屏蔽式雙絞線（UTP）和屏蔽式雙絞線（STP）。其中UTP在共享介質(zhì)局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)中均得到廣泛應(yīng)用。同軸電纜可用于基帶系統(tǒng)，也可用于寬帶系統(tǒng)。基帶同軸電纜在幾千米距離內(nèi)可提供10Mbps的傳輸速率；寬帶同軸電纜與有線電視網(wǎng)的傳輸介質(zhì)相同，可提供50Mbps的傳輸速率。光纖有單模光纖和多模光纖。在局域網(wǎng)領(lǐng)域，主要用于較大范圍的局域網(wǎng)和基于高速交換機(jī)的高速局域網(wǎng)。此外，在某些場(chǎng)合，由于移動(dòng)性要求，不便采用以上有線介質(zhì)，則可采用微波、紅外線、衛(wèi)星等無(wú)線傳輸介質(zhì)連接局域網(wǎng)。3.局域網(wǎng)的分類局域網(wǎng)有許多不同的分類方法，如按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類、按傳輸介質(zhì)分類、按介質(zhì)訪問(wèn)控制方法分類等。（1）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在第1章已經(jīng)介紹。按不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建的局域網(wǎng)就稱作星型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等。（2）按傳輸介質(zhì)分類局域網(wǎng)使用的主要傳輸介質(zhì)有雙絞線、細(xì)同軸電纜、光纜等。以連接到用戶終端的介質(zhì)可分為雙絞線網(wǎng)、細(xì)纜網(wǎng)等。（3）按介質(zhì)訪問(wèn)控制方法分類介質(zhì)訪問(wèn)控制方法提供傳輸介質(zhì)上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸控制機(jī)制。按不同的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式局域網(wǎng)可分為以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等。（4）按網(wǎng)絡(luò)使用的技術(shù)分類如以太網(wǎng)、ATM網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI網(wǎng)等。4.局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的關(guān)系如圖1-4-1所示。局域網(wǎng)參考模型只對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，它將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制（LLC）子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）子層。圖1-4-1IEEE802參考模型與OSI參考模型對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)物理層物理層涉及通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?，它的主要作用是確保二進(jìn)制位信號(hào)的正確傳輸，包括位流的正確傳送與正確接收。這就是說(shuō)物理層必須保證在雙方通信時(shí)，一方發(fā)送二進(jìn)制“1”，另一方接收的也是“1”，而不是“0”。(2)MAC子層介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）是數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)功能子層，MAC構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的下半部，它直接與物理層相鄰。MAC子層主要制定管理和分配信道的協(xié)議規(guī)范，還句話說(shuō)，就是用來(lái)決定廣播信道中信道分配的協(xié)議屬于MAC子層。MAC子層是與傳輸介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層的功能子層，它的主要功能是進(jìn)行合理的信道分配，解決信道競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。它在支持LLC子層中，完成介質(zhì)訪問(wèn)控制功能，為競(jìng)爭(zhēng)的用戶分配信道使用權(quán)，并具有管理多鏈路的功能。MAC子層為不同的物理介質(zhì)定義了介質(zhì)訪問(wèn)控制標(biāo)準(zhǔn)。目前IEEE802已制定的介質(zhì)訪問(wèn)控制標(biāo)準(zhǔn)有著名的帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)（CSMA/CD）、令牌環(huán)（Token-Ring）和令牌總線（Token-Bus）等。介質(zhì)訪問(wèn)控制方法決定了局域網(wǎng)的主要性能，它對(duì)局域網(wǎng)的響應(yīng)時(shí)間、吞吐量和網(wǎng)絡(luò)利用率等都有十分重要的影響。(3)LLC子層邏輯鏈路控制（LLC）也是數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)功能子層，它構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的上半部，與網(wǎng)絡(luò)層和MAC子層相鄰，LLC在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)?？蛇\(yùn)行于所有802局域網(wǎng)和城域網(wǎng)協(xié)議之上的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議被稱為邏輯鏈路控制LLC。LLC子層與傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)，它獨(dú)立于介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，隱藏了各種802網(wǎng)絡(luò)之間的差別，向網(wǎng)絡(luò)層提供一個(gè)統(tǒng)一的格式和接口。LLC子層的作用是在MAC子層提供的介質(zhì)訪問(wèn)控制和物理層提供的比特服務(wù)的基礎(chǔ)上，將不可靠的信道處理為可靠的信道，確保數(shù)據(jù)幀的正確傳輸。LLC子層的具體功能包括數(shù)據(jù)幀的組裝與拆卸、幀的收發(fā)、差錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)流控制和發(fā)送順序控制等功能，并為網(wǎng)絡(luò)層提供兩種類型的服務(wù)：面向連接服務(wù)和無(wú)連接服務(wù)。5.IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列1980年以來(lái)，許多國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織都積極進(jìn)行局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。其中影響較大的是IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列。IEEE802已公布的標(biāo)準(zhǔn)如表1-4-1所示。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為局部區(qū)域和都市區(qū)域的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)提供了建立公共接口和協(xié)議的技術(shù)規(guī)范。它定義了幾種介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)規(guī)范，然后用一種邏輯鏈路控制標(biāo)準(zhǔn)與之相聯(lián)系，在邏輯鏈路控制標(biāo)準(zhǔn)之上又定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，與之上下相適配，圖3-5描述了IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)及相互之間的關(guān)系。圖1-4-2IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)系6.局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法不論是是總線型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)還是星型網(wǎng)，都是同一傳輸介質(zhì)中連接了多個(gè)站，而局域網(wǎng)中所有的站都是對(duì)等的，任何一個(gè)站都可以和其他站通信，這就需要有一種仲裁方式來(lái)控制各站使用介質(zhì)的方法，這就是所謂的“介質(zhì)訪問(wèn)方法”。

介質(zhì)訪問(wèn)方式是確保對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有序訪問(wèn)的一種方法。在共享式局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，可以采用不同的方式對(duì)其共享介質(zhì)進(jìn)行控制。常用的介質(zhì)存取方法包括帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)（CSMA/CD）方法、令牌總線（Token-Bus）方法、以及令牌環(huán)（Token-Ring）方法。目前最流行的局域網(wǎng)-以太網(wǎng)（Ethernet）使用的就是（CSMA/CD）介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，而FDDI網(wǎng)則使用令牌環(huán)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。(1)CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法總線型局域網(wǎng)中，所有的節(jié)點(diǎn)都直接連到同一條物理信道上，并在該信道中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此對(duì)信道的訪問(wèn)是以多路訪問(wèn)方式進(jìn)行的。任一節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到該數(shù)據(jù)幀的目的地址（MAC地址）為本節(jié)點(diǎn)地址時(shí)，就繼續(xù)接收該幀中包含的數(shù)據(jù)，同時(shí)給源節(jié)點(diǎn)返回一個(gè)響應(yīng)。當(dāng)有兩個(gè)或更多的節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間都發(fā)送了數(shù)據(jù)，在信道上就造成了幀的重疊，導(dǎo)致沖突出現(xiàn)。為了克服這種沖突，在總線LAN中常采用CSMA/CD協(xié)議，即帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)協(xié)議，它是一種隨機(jī)爭(zhēng)用型的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。CSMA/CD協(xié)議起源于ALOHA協(xié)議，是Xerox（施樂(lè)）公司吸取了ALOHA技術(shù)的思想而研制出的一種采用隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)的竟?fàn)幮兔襟w訪問(wèn)控制方法，后來(lái)成為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)之一即MAC的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。CSMA/CD協(xié)議的工作過(guò)程為：由于整個(gè)系統(tǒng)不時(shí)采用集中式的控制方式，且總線上每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息要自行控制，所以各個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息之前，首先要偵聽總線上是否有信息在媒介體上傳送，若有，則其它各節(jié)點(diǎn)不發(fā)送信息，發(fā)免破壞傳送，若偵聽到總線上沒(méi)有信息傳送，則可以發(fā)送信息到總線上。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)占用總線發(fā)送信息后，要一邊發(fā)送一邊檢測(cè)總線，看是否有沖突產(chǎn)生。發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到?jīng)_突產(chǎn)生后，就立即停止發(fā)送信息，并發(fā)送強(qiáng)化沖突息號(hào)，然后采用某種算法等待一段時(shí)間后再重新偵聽線路，準(zhǔn)備重新發(fā)送該信息。CSMA/CD協(xié)議的工作流程圖1-4-3所示，對(duì)CSMA/CD協(xié)議的工作過(guò)程通?？梢愿爬?先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停發(fā)、隨機(jī)重發(fā)"。圖1-4-3CSMA/CD工作流程圖沖突產(chǎn)生的原因可能是在同一時(shí)刻兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)偵聽到線路“空閑”，又同時(shí)發(fā)送信息所以產(chǎn)生了沖突，使數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。也可能是一個(gè)節(jié)點(diǎn)剛剛發(fā)送信息，還沒(méi)有傳送到目的節(jié)點(diǎn)，而另一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到線路空閑，將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，導(dǎo)致沖突的產(chǎn)生。CSMA/CD一般應(yīng)用于總線型網(wǎng)絡(luò)或用于信道使用半雙工的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對(duì)于使用全雙工的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境無(wú)需采用這種介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)。CSMA/CD控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：原理比較簡(jiǎn)單，技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位，不需集中控制，不提供優(yōu)先級(jí)控制。但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送時(shí)間增長(zhǎng)，發(fā)送效率急劇下降。(2)令牌環(huán)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定了令牌環(huán)訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范，采用IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)叫令牌環(huán)網(wǎng)（Token-Ring）。環(huán)型網(wǎng)是由一段段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接起來(lái)的閉合環(huán)路，信息沿環(huán)路單向地、逐點(diǎn)地傳輸。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有地址識(shí)別能力，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)上所傳輸?shù)男畔哪康牡刂放c本站地址相同，便立即接收此信息幀，否則，繼續(xù)向下一站轉(zhuǎn)發(fā)。環(huán)型網(wǎng)主要的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是令牌環(huán)訪問(wèn)控制方法。令牌環(huán)訪問(wèn)控制方法的主要原理是：使用一個(gè)稱之為“令牌”的控制標(biāo)志(令牌是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的字節(jié)，它由“空閑”與“忙”兩種編碼標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)，既無(wú)目的地址，也無(wú)源地址)，當(dāng)無(wú)信息在環(huán)上傳送時(shí)，令牌處于“空閑”狀態(tài)，它沿環(huán)從一個(gè)工作站到另一個(gè)工作站不停地進(jìn)行傳遞。當(dāng)某一工作站準(zhǔn)備發(fā)送信息時(shí)，就必須等待，直到檢測(cè)并捕獲到經(jīng)過(guò)該站的令牌為止，然后，將令牌的控制標(biāo)志從“空閑”狀態(tài)改變?yōu)椤懊Α睜顟B(tài)，并發(fā)送出一幀信息。其他的工作站隨時(shí)檢測(cè)經(jīng)過(guò)本站的幀，當(dāng)發(fā)送的幀目的地址與本站地址相符時(shí)，就接收該幀，待復(fù)制完畢再轉(zhuǎn)發(fā)此幀，直到該幀沿環(huán)一周返回發(fā)送站，并收到接收站指向發(fā)送站的肯定應(yīng)簽信息時(shí)，才將發(fā)送的幀信息進(jìn)行清除，并使令牌標(biāo)志又處于“空閑”狀態(tài)，繼續(xù)插入環(huán)中。當(dāng)另一個(gè)新的工作站需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，按前述過(guò)程，檢測(cè)到令牌，修改狀態(tài)，把信息裝配成幀，進(jìn)行新一輪的發(fā)送。令牌環(huán)的工作原理如圖1-4-4所示。圖1-4-4令牌環(huán)的工作原理令牌環(huán)控制方式的優(yōu)點(diǎn)是它能提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)，有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，在重負(fù)載環(huán)路中，“令牌”以循環(huán)方式工作，效率較高。其缺點(diǎn)是控制電路較復(fù)雜，令牌容易丟失。但I(xiàn)BM在1985年已解決了實(shí)用問(wèn)題，近年來(lái)采用令牌環(huán)方式的令牌環(huán)網(wǎng)實(shí)用性已大大增強(qiáng)。與CSMA/CD不同，令牌傳遞網(wǎng)是延遲確定型網(wǎng)絡(luò)。也就是說(shuō)，在任何站點(diǎn)發(fā)送信息之前，可以計(jì)算出信息從源站到目的站的最長(zhǎng)時(shí)間延遲。這一特性及令牌環(huán)網(wǎng)其它可靠特性，使令牌環(huán)網(wǎng)特別適合于那些需要預(yù)知網(wǎng)絡(luò)延遲和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求高的應(yīng)用。(3)令牌總線介質(zhì)訪問(wèn)控制方法前面介紹的CSMA/CD媒體訪問(wèn)控制采用總線爭(zhēng)用方式,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在輕負(fù)載下延遲小等優(yōu)點(diǎn),但隨著負(fù)載的增加,沖突概率增加,性能明顯下降。采用令牌環(huán)媒體訪問(wèn)控制具有重負(fù)載下利用率高，網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)距離不敏感，以及具公平訪問(wèn)等優(yōu)越性能。但環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及存在檢錯(cuò)可靠性等問(wèn)題。令牌總線媒體訪問(wèn)是在綜合上面兩種媒體訪問(wèn)控制優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上形成一種媒體訪問(wèn)控制方法。IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)就是提出了令牌總線的媒體訪問(wèn)控制方法。令牌總線訪問(wèn)控制方法的工作原理是：令牌總線訪問(wèn)控制是將物理總線上的站點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)邏輯環(huán)，每一個(gè)站都在一個(gè)有序的序列中被指定一個(gè)邏輯位置，而序列中最后一個(gè)成員又跟著第一個(gè)成員，每個(gè)站都知道在它之前和在它之后的站標(biāo)識(shí)，如圖1-4-5所示。從圖可看出，在物理結(jié)構(gòu)上它是一個(gè)總線結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)，但是，在邏輯結(jié)構(gòu)上，又成了一種環(huán)型結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)。和令牌環(huán)一樣，站點(diǎn)只有取得令牌，才能發(fā)送幀，在令牌在邏輯環(huán)上依次(A→D→B→C→A)傳遞。圖1-4-5令牌總線的工作原理在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)站點(diǎn)做完該做的工作或者時(shí)間終了時(shí)，它將令牌傳遞給邏輯序列中的下一個(gè)站。從邏輯上看，令牌是按地址的遞減順序傳至下一個(gè)站點(diǎn)，但從物理上看，帶有目的地址的令牌幀廣播到所有的站點(diǎn)，當(dāng)目的站識(shí)別出符合它的地址，即把該令牌幀接。應(yīng)該指出，總線上的實(shí)際順序與邏輯順序并無(wú)關(guān)系。只有收到令牌幀的站點(diǎn)才能將信息幀送到總線上，因此，不象CSMA/CD訪問(wèn)方式那樣，令牌總線不可能產(chǎn)生沖突。由于不可能產(chǎn)生沖突，令牌總線的信息幀長(zhǎng)度只需根據(jù)要傳送信息長(zhǎng)度來(lái)確定，也沒(méi)有最小分組長(zhǎng)度的要求。而對(duì)于CSMA/CD訪問(wèn)控制，為民使最遠(yuǎn)距離的站點(diǎn)也能檢測(cè)到?jīng)_突，需要在實(shí)際的信息長(zhǎng)度后加填充位，以滿足最小信息長(zhǎng)度的要求。一些用于控制領(lǐng)域的令牌總線幀長(zhǎng)度可以設(shè)置得很短，開銷減少，相當(dāng)于增加了網(wǎng)絡(luò)的容量。令牌總線控制的另一特點(diǎn)是站點(diǎn)有公平的訪問(wèn)權(quán)。因?yàn)槿〉昧钆频恼军c(diǎn)有報(bào)文要以送則可發(fā)送，隨后，將令牌傳遞給下一個(gè)站點(diǎn)。如果取得令牌的站點(diǎn)沒(méi)有報(bào)文發(fā)送，則立刻把令牌傳遞到下一個(gè)站點(diǎn)。由于站點(diǎn)接收到令牌的過(guò)程是順序依次進(jìn)行的，因此對(duì)所有站點(diǎn)都有公平的訪問(wèn)權(quán)。令牌總線控制的優(yōu)越之處還現(xiàn)在每個(gè)站傳輸之前必須等待的時(shí)間總量總是“確定”的,這是因?yàn)槊總€(gè)站發(fā)送幀的最大長(zhǎng)度可以加以限制。此外，當(dāng)所有站都有報(bào)文要發(fā)送，則最壞的情況下等待取得令牌和發(fā)送報(bào)文的時(shí)間應(yīng)該等于全部令牌傳送時(shí)間和報(bào)文發(fā)送時(shí)間的總和。另一方面，如果只有一個(gè)站點(diǎn)有報(bào)文要發(fā)送，則最壞情況下時(shí)間只是全部令牌傳遞時(shí)間之總和，而平均等待時(shí)間是它的一半，實(shí)際等待時(shí)間在這一區(qū)間范圍內(nèi)。對(duì)于應(yīng)用于控制過(guò)程的局域網(wǎng)，這個(gè)等待訪問(wèn)時(shí)間是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)，可以根據(jù)需求，選定網(wǎng)中的站及最大的報(bào)文長(zhǎng)度，從而保證在限定的區(qū)間內(nèi)，任一站點(diǎn)可以取得令牌權(quán)。令牌總線訪問(wèn)控制還提供了不同的服務(wù)級(jí)別，即不同優(yōu)先級(jí)。7.以太網(wǎng)以太網(wǎng)最初是由Xerox公司研制而成的，并且在1980年由DEC公司和Xerox公司共同使之規(guī)范成形。后來(lái)它被作為802.3標(biāo)準(zhǔn)為電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）所采納。以太網(wǎng)的基本特征是采用載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式，即多個(gè)工作站都連接在一條總線上，所有的工作站都不斷向總線上發(fā)出監(jiān)聽信號(hào)，但在同一時(shí)刻只能有一個(gè)工作站在總線上進(jìn)行傳輸，而其他工作站必須等待其傳輸結(jié)束后再開始自己的傳輸。沖突檢測(cè)方法保證了只能有一個(gè)站在電纜上傳輸。早期以太網(wǎng)傳輸速率為10Mbps。(1)傳統(tǒng)以太網(wǎng)①10Base-5網(wǎng)絡(luò)10Base-5是原始的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，使用直徑10mm的50歐姆粗同軸電纜，總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，站點(diǎn)網(wǎng)卡的接口為DB-15連接器，通過(guò)AUI電纜，用MAU裝置栓接到同軸電纜上，末端用50歐姆/1W的電阻端接（一端接在電氣系統(tǒng)的地線上）；每個(gè)網(wǎng)段允許有100個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)段最大允許距離為500m，網(wǎng)絡(luò)直徑為2500m，既可由5個(gè)500m長(zhǎng)的網(wǎng)段和4個(gè)中繼器組成。利用基帶的10M傳輸速率，采用曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù)。②10Base-2網(wǎng)絡(luò)10Base-2是為降低10Base-5的安裝成本和復(fù)雜性而設(shè)計(jì)的。使用廉價(jià)的R9-58型50歐姆細(xì)同軸電纜，總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)卡通過(guò)T形接頭連接到細(xì)同軸電纜上，末端連接50歐姆端接器；每個(gè)網(wǎng)段允許30個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)段最大允許距離為185m，仍保持10Base5的4中繼器/5網(wǎng)段設(shè)計(jì)能力，允許的最大網(wǎng)絡(luò)直徑為5x185=925m。利用基帶的10M傳輸速率，采用曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù)。與10Base-5相比，10Base-2以太網(wǎng)更容易安裝，更容易增加新站點(diǎn)，能大幅度降低費(fèi)用

③10Base-T網(wǎng)絡(luò)10Base-T是1990年通過(guò)的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)。10Base-T使用兩對(duì)非屏蔽雙絞線，一對(duì)線發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對(duì)線接收數(shù)據(jù)，用RJ-45模塊作為端接器，星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，信號(hào)頻率為20MHz，必須使用3類或更好的UTP電纜；布線按照EIA568標(biāo)準(zhǔn)，站點(diǎn)－中繼器和中繼器－中繼器的最大距離為100m。保持了10Base5的4中繼器/5網(wǎng)段的設(shè)計(jì)能力，使10Base-T局域網(wǎng)的最大直徑為500m。10Base-T的集線器和網(wǎng)卡每16秒就發(fā)出“滴答”(Hear-beat)脈沖，集線器和網(wǎng)卡都要監(jiān)聽此脈沖，收到“滴答”信號(hào)表示物理連接已建立，10Base-T設(shè)備通過(guò)LED向網(wǎng)絡(luò)管理員指示鏈路是否正常。雙絞線以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術(shù)的主要進(jìn)步之一，10Base-T因?yàn)閮r(jià)格便宜、配置靈活和易于管理而流行起來(lái)，現(xiàn)在占整個(gè)以太網(wǎng)銷售量的90%以上。④10Base-F網(wǎng)絡(luò)(2)高速以太網(wǎng)世界上使用最普遍的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)。但傳統(tǒng)的以太網(wǎng)10Mbps的傳輸輸率在多方面都限制了其應(yīng)用。特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著多媒體信息技術(shù)的成熟和發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和傳輸質(zhì)量提出了更高的要求，10Mbps網(wǎng)絡(luò)所提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬難以滿足人們的需要。于是，國(guó)際上一些著名的大公司便聯(lián)合起來(lái)研究和開發(fā)新的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。幾年來(lái)相繼開發(fā)并公布的高速以太網(wǎng)技術(shù)有100Mbps以太網(wǎng)、1000Mbps以太網(wǎng)和10Gbps以太網(wǎng)技術(shù)，IEEE802委員會(huì)對(duì)這些技術(shù)分別已經(jīng)進(jìn)行了或正在進(jìn)行著標(biāo)準(zhǔn)化工作。8.虛擬局域網(wǎng)在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)中，通常一個(gè)工作組是在同一個(gè)網(wǎng)段上，多個(gè)邏輯工作組之間通過(guò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的網(wǎng)橋或路由器來(lái)交換數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)邏輯工作組的結(jié)點(diǎn)要轉(zhuǎn)移到另一個(gè)邏輯工作組時(shí)，就需要將節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)從一個(gè)網(wǎng)段撤出，連接到另一個(gè)網(wǎng)段上，甚至需要重新進(jìn)行布線。因此邏輯工作組的組成就要受節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)段的物理位置限制，所以我們提出了虛擬局域網(wǎng)的概念。(1)虛擬局域網(wǎng)的基本概念所謂虛擬局域網(wǎng)（VLAN：VirtualLAN）就是將局域網(wǎng)上的用戶或節(jié)點(diǎn)劃分成若干個(gè)“邏輯工作組”，邏輯組的用戶或節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)功能、部門、應(yīng)用策略等因素劃分，不需考慮所處的物理位置。此種網(wǎng)絡(luò)是建立在交換技術(shù)基礎(chǔ)上，并以軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理。其結(jié)構(gòu)一般如圖1-4-6所示。(2)虛擬局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)虛擬局域網(wǎng)技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)管理者將一個(gè)物理LAN邏輯地劃分成不同的廣播域，即VLAN。每個(gè)VLAN都包含一組有著相同需求或特性的計(jì)算機(jī)工作站，與物理上形成的局域網(wǎng)有著相同的屬性。由于它是邏輯的而不是物理的劃分，所以同一VLAN內(nèi)的各個(gè)工作站結(jié)點(diǎn)無(wú)須局限在同一物理空間下，一個(gè)VLAN內(nèi)部的廣播和組播都不會(huì)發(fā)到其它的VLAN中。圖1-4-6

VLAN示意圖示VLAN是以交換以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭，用“VLANID”將用戶劃分為更小的工作組，每個(gè)工作組就是一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。目前，虛擬局域網(wǎng)有四種實(shí)現(xiàn)技術(shù)：基于端口的虛擬局域網(wǎng)、基于MAC地址的虛擬局域網(wǎng)、基于第三層協(xié)議的虛擬局域網(wǎng)和基于用戶使用策略的虛擬局域網(wǎng)。①基于端口實(shí)現(xiàn)的VLAN基于端口的VLAN是劃分虛擬局域網(wǎng)最簡(jiǎn)單也是最常用的方法。網(wǎng)絡(luò)管理員只需要管理和配置交換端口，而不管交換端口連接什么設(shè)備。屬于同一VLAN的端口可以不連續(xù)，同時(shí)一個(gè)VLAN可以跨越多個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)。②基于MAC地址的VLAN這種實(shí)現(xiàn)方式是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的MAC地址來(lái)劃分VLAN。這種劃分方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)用戶物理位置移動(dòng)或端口改變時(shí)，不用重新配置VLAN。③基于第三層協(xié)議的VLAN基于第三層的VLAN是采用路由器中常用的方法，即根據(jù)每個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層地址或協(xié)議類型來(lái)劃分。盡管這種劃分是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址，但它不是路由，與網(wǎng)絡(luò)層的路由毫無(wú)關(guān)系。④基于用戶使用策略的VLAN基于用戶使用策略的VLAN是一種比較靈活有效的VLAN劃分方法。該方法的核心是采用什么樣的策略。目前常用的策略有：按IP地址、按網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。9.無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)隨著無(wú)線局域網(wǎng)（WirelessLan,WLAN）技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越深刻地認(rèn)識(shí)到，無(wú)線局域網(wǎng)不僅能夠滿足移動(dòng)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)的要求，還能覆蓋有線網(wǎng)絡(luò)難于涉及的范圍。無(wú)線局域網(wǎng)以微波、激光與紅外線等無(wú)線光波作為傳輸介質(zhì)，以此來(lái)部分或全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)局域網(wǎng)中的同軸電纜、雙絞線與光纖，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層功能，并為移動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)提供物理網(wǎng)接口。可以作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的有效補(bǔ)充。無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展速度相當(dāng)快。目前，支持2Mbps傳輸速率的系統(tǒng)已經(jīng)成熟，而速率為40~80Mbps的系統(tǒng)正在研究中。無(wú)線局域網(wǎng)的研究與應(yīng)用已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。(1)無(wú)線局域網(wǎng)概述無(wú)線局域網(wǎng)利用電磁波在空氣中發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，而無(wú)需線纜介質(zhì)。無(wú)線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到11Mbps，傳輸距離可遠(yuǎn)至20km以上。它是對(duì)有線聯(lián)網(wǎng)方式的一種補(bǔ)充和擴(kuò)展，使網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)具有可移動(dòng)性，能快速方便地解決使用有線方式不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通問(wèn)題。

(2)無(wú)線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)和不足與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線局域網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①安裝便捷一般在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，施工周期最長(zhǎng)、對(duì)周邊環(huán)境影響最大的，就是網(wǎng)絡(luò)綜合布線工程中，往往需要破墻掘地、穿線架管。而無(wú)線局域網(wǎng)最大的優(yōu)勢(shì)就是免去或減少了網(wǎng)絡(luò)布線的工作量，一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)AP(AccessPoint)設(shè)備，就可建立覆蓋整個(gè)建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)。②使用靈活在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)位置的限制。而一旦無(wú)線局域網(wǎng)建成后，在無(wú)線網(wǎng)的信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。③節(jié)約成本由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來(lái)發(fā)展的需要，這就往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃，又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造,而無(wú)線局域網(wǎng)可以避免或減少以上情況的發(fā)生。④易于擴(kuò)展無(wú)線局域網(wǎng)有多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。這樣，無(wú)線局域網(wǎng)就能勝任從只有幾個(gè)用戶的小型局域網(wǎng)到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò)，并且能夠提供像“漫游(Roaming)”等有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法提供的特性。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)就是為了解決有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法克服的困難。雖然無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有諸多優(yōu)勢(shì)，但與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線局域網(wǎng)也有很多不足。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)速率較慢、價(jià)格較高，因而它主要面向有特定需求的用戶。目前無(wú)線局域網(wǎng)還不能完全脫離有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)是互補(bǔ)的關(guān)系，而不是競(jìng)爭(zhēng)；目前還只是有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，而不是替換。但也應(yīng)該看到，近年來(lái)，隨著適用于無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品的價(jià)格正逐漸下降，相應(yīng)軟件也逐漸成熟。此外，無(wú)線局域網(wǎng)已能夠通過(guò)與廣域網(wǎng)相結(jié)合的形式提供移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)。相信在未來(lái)，無(wú)線局域網(wǎng)將以它的高速傳輸能力和靈活性發(fā)揮更加重要的作用。(3)無(wú)線局域網(wǎng)的相關(guān)概念在一個(gè)典型的無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境中，有一些進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的設(shè)備，稱為接入點(diǎn)(AP)。通常，一個(gè)AP能夠在幾十至上百米的范圍內(nèi)連接多個(gè)無(wú)線用戶。在同時(shí)具有有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的情況下，AP可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet電纜與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)。無(wú)線局域網(wǎng)的終端用戶可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡等訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線局域網(wǎng)在室外主要有以下幾種結(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型、多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型和混合型。①點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型該類型常用于固定的要聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)位置之間，是無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的常用方式，使用這種聯(lián)網(wǎng)方式建成的網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速率高，受外界環(huán)境影響較小。②點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型該類型常用于有一個(gè)中心點(diǎn)，多個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)的情況下。其最大優(yōu)點(diǎn)是組建網(wǎng)絡(luò)成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單；其次，由于中心使用了全向天線，設(shè)備調(diào)試相對(duì)容易。該種網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)也是因?yàn)槭褂昧巳蛱炀€，波束的全向擴(kuò)散使得功率大大衰減，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率低，對(duì)于較遠(yuǎn)距離的遠(yuǎn)端點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性不能得到保證。③混合型這種類型適用于所建網(wǎng)絡(luò)中有遠(yuǎn)距離的點(diǎn)、近距離的點(diǎn)，還有建筑物或山脈阻擋的點(diǎn)。在組建這種網(wǎng)絡(luò)時(shí)，綜合使用上述幾種類型的網(wǎng)絡(luò)方式，對(duì)于遠(yuǎn)距離的點(diǎn)使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，近距離的多個(gè)點(diǎn)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式，有阻擋的點(diǎn)采用中繼方式。

無(wú)線局域網(wǎng)的室內(nèi)應(yīng)用則有以下兩類情況：①獨(dú)立的無(wú)線局域網(wǎng)這是指整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都使用無(wú)線通信的情形。在這種方式下可以使用AP，也可以不使用AP。在不使用AP時(shí)，各個(gè)用戶之間通過(guò)無(wú)線直接互聯(lián)。但缺點(diǎn)是各用戶之間的通信距離較近，且當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，性能較差。②非獨(dú)立的無(wú)線局域網(wǎng)在大多數(shù)情況下，無(wú)線通信是作為有線通信的一種補(bǔ)充和擴(kuò)展。我們把這種情況稱為非獨(dú)立的無(wú)線局域網(wǎng)。在這種配置下，多個(gè)AP通過(guò)線纜連接在有線網(wǎng)絡(luò)上，以使無(wú)線用戶即能夠訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分。(4)無(wú)線局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)不同局域網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境與需求的不同，無(wú)線局域網(wǎng)可采取不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。常用的具體有如下幾種：①網(wǎng)橋連接型：不同的局域網(wǎng)之間互聯(lián)時(shí)，由于物理上的原因，