局域网简介

局域网简介
早期的计算机网络大多为广域网，局域网的出现与发展是在20世纪70年代出现了微型计算机（Personal Computer，PC）以后。

20世纪80年代，由于PC机性能不断地提高，价格不断地降低，计算机从“专家”群里走入“大众”之中，应用从科学计算走入事务处理，使得PC机大量地进入各行各业的办公室，甚至家庭。

这时，个人计算机得到了蓬勃发展。

由于个人计算机的大量涌现和广泛分布，基于信息交换和资源共享的需求越来越迫切，人们要求一栋楼或一个部门的计算机能够互联，于是局域网（Local Area Network，LAN）应运而生。

按照网络覆盖的地理范围的大小，可以将网络分为局域网、城域网和广域网三种类型。

这也是网络最常用的分类方法。

个人计算机的普及、办公自动化的基本要求都使得局域网存在于各种场合，为了一个目的：资源共享。

计算机专业的背景必须掌握尽可能多的局域网组网技术，以备不时之需。

本文以下内容包括三点：局域网概述、局域网类型、常见网络拓扑结构。

一、局域网概述。

局域网的地理范围：几百米~十几千米。

工作站数量：两台到几百台。

具有连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高等特点。

而最早的商业计算机局域网有ARCnet、ARCnet、Token Ring。

1980年IEEE制定了统一的LAN规范。

IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网：以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式数据接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）、无线局域网（WLAN）等。

局域网（Local Area Network，LAN）是将较小地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。

局域网覆盖的地理范围比较小，一般在几十米到几千米之间。

它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。

局域网可以由一个建筑物内或相邻建筑物的几百台至上千台计算机组成，也可以小到连接一个房间内的几台计算机、打印机和其他设备。

局域网主要用于实现短距离的资源共享。

图1所示的是一个由几台计算机和打印机组成的典型局域网。

图1 局域网示例
一般来讲，局域网都具有以下特点：
（1）有限的地理范围(一般在10米到10公里之内)。

典型的应用为联网的计算机分布
在一幢或几幢大楼，如：校园网，中小企业局域网等。

（2）通常多个工作站共享一个传输介质(同轴电缆、双绞线、光纤)。

（3）具有较高的数据传播速率，通常为10Mbps―100Mbps，高速局城网可达1000Mbps（千兆以太网）。

（4）协议比较简单，网络拓扑结构灵活多变，容易进行扩展和管理。

（5）具有较低的误码率。

局域网误码率一般在10-8～10-10之间，这是因为传输距离短，
传输介质质量较好，因而可靠性高。

（6）具有较低的时延。

（7）以PC机为主体，还包括其它终端机及各种外设，局域网中一般不设中央主机系统。

二、局域网的类型及分类方式
一个局域网是属于什么类型要看采用什么样的分类方法。

由于存在着多种分类方法，因此一个局域网可能属于多种类型。

对局域网进行分类经常采用以下方法：按媒体访问控制方式、按网络工作方式、按拓扑结构分类、按传输介质分类等。

（1）按媒体访问控制方式分类
目前，在局域网中常用的媒体访问控制方式有：以太（Ethernet)方法、令牌（Token Ring)、FDDI方法、异步传输模式（ATM）方法等，因此可以把局域网分为以太网（Ethernet)、令牌网（Token Ring)、FDDI网、ATM网等。

以太网采用了总线竞争法的基本原理，结构简单，是局域网中使用最多的一种网络。

令牌环网采用了令牌传递法的基本原理，它是由一段段的点到点链路连接起来的环形网。

光纤分布式数据接口（FDDI）是一种光纤高速的、双环结构的网络。

异步传输模式（A TM），是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。

（2）按网络工作方式分类
局域网按网络工作方式可分为共享介质局域网和交换式局域网。

共享介质局域网是网络中的所有结点共享一条传输介质，每个结点都可以平均分配到相同的带宽。

如以太网传输介质的带宽为10Mbps，如果网络中有n个结点，则每个结点可以平均分配到10Mbps／n的带宽。

共享式以太网、令牌总线网、令牌环网等都属于共享介质局域网。

交换式局域网的核心是交换机。

交换机有多个端口，数据可以在多个结点并发传输，
每个站点独享网络传输介质带宽。

如果网络中有n个结点，网络传输介质的带宽为10Mbps，整个局域网总的可用带宽是n×10Mbps。

交换式以太网属于交换式局域网。

（3）按拓扑结构分类：局域网经常采用总线型、环型、星型和混和型拓扑结构，因此可以把局域网分为总线型局域网、环型局域网、星型局域网和混和型局域网等类型。

这种分类方法反映的是网络采用的拓扑结构，是最常用的分类方法。

（4）按传输介质分类：局域网上常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆等，因此可以将局域网分为同轴电缆局域网、双绞线局域网和光纤局域网。

若采用无线电波、微波，则可以称为无线局域网。

（5）按局域网的工作模式分类：可分为对等式网络、客户机/服务器式网络和混合式网络等。

二、局域网类型。

局域网类型分为对等网络、客户/服务器网络和混合型网络。

1、对等网络——点对点网络(Peer To Peer)、工作组网络
在对等网络中，每一结点既作为客户端，又充当他人的服务器，从某种意义上，每一结点都处在同等地位。

对等网络是对分布式概念的成功拓展，它将传统方式下的服务器负担分配到网络中的每一结点上，每一结点都将承担有限的存储与计算任务，加入到网络中的结点越多，结点贡献的资源也就越多，其服务质量也就越高。

任一台计算机均可同时兼作服务器和工作站，也可只作其中之一。

其特点是网络用户较少，一般在20台计算机以内，适合人员少，应用网络较多的中小企业；网络用户都处于同一区域中。

对于网络来说，网络安全不是最重要的问题。

其优点是，网络成本低、网络配置和维护简单。

因为每台计算机既是客户机又是服务器，因此不需要强大的中央服务器或另外用于高性能网络的部件，所以对等
网络的价格比基于服务器的网络更便宜。

其缺点为，网络性能较低、数据保密性差、文件管理分散、计算机资源占用大。

究其原因在于，网络规模扩大时，会给管理带来不便，所以一般只能用于规模较小的网络。

由于网络资源不能集中管理，因此网络的安全管理要由资源提供者自己承担，而有些网络成员根本就不知道对自己的共享资源设置安全措施，所以网络安全性很差。

对等网络提供的资源十分有限，主要是文件共享、打印机共享，或是满足小规模用户间的通信需要。

一些功能强大的服务受到安全等方面因素的限制，很少在对等网络中实现。

客户/服务器网络
这里服务器指的是专门提供服务的高性能计算机或专用设备。

而客户机也就是用户计算机。

数据传输过程则是以下内容，这是客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。

这是最常用、最重要的一种网络类型。

不仅适合于同类计算机联网，也适合于不同类型的计算机联网，如PC机、Mac机的混合联网。

其优点为，便于集中管理和控制；安全性良好；可有效实现备份；有利于降低客户端设备的要求，降低成本。

其缺点是，一切都依赖于服务器。

混合型网络
在实际应用中，有时在客户端机器上也会实现资源共享。

这使得一般情况下作为客户的计算机也提供一定的服务，如提供共享的软硬件资源（硬盘、光盘、打印机）。

这样的网络称为混合型网络，实际上即是以上两种方式的混合。

其优点为，处理灵活、使用方便。

其缺点为，结构性不强，可能会破坏网络的安全策略。

常见网络拓扑结构
网络拓扑的意思是，网络物理布局，在设计网络必须要进行的一个步骤。

即用传输介质连接各种设备的布局，它以概括的形式描述一个网络，即不指定设备、连接方法、网络地址。

在设计一个网络之前，必须理解网络的拓扑结构，因为它们影响所使用的逻辑拓扑结构、建筑物里如何敷设线缆、使用何种网络介质等问题。

另外，要解决网络中出现的问题或者是改变网络的基本结构，就必须理解网络的拓扑结构。

总线网络
总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的结点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输。

例如，在一根电缆上连接了组成网络的计算机或其他共享设备（如打印机等），如图2所示。

由于单根电缆仅支持一种信道，因此连接在电缆上的计算机和其他共享设备共享电缆的所有容量。

连接在总线上的设备越多，网络发送和接收数据就越慢。

图2总线型拓扑结构
其数据传输过程是，每台计算机称为一个结点，当一个结点向另一个结点发送数据时，其接口电路先检测总线是否空闲，如果是，就向整个网络广播一条警报信息，通知所有的结点，它将发送数据，目标结点将接受发送给它的数据，在发送方和接收方之间的其他结点将忽略这条信息。

每个结点通过相应的接口侦听总线，检查数据传输。

如果接口判断出数据是送往它所服务的设备的，它就从总线上读取数据并传送给其相应的结点。

因此，当有两个结点同时进行数据传送时，必须进行仲裁，仲裁机制分为集中式与分布式。

集中式仲裁是指，总线仲裁部件的功能由一个独立于各个模块的附加部件集中完成；分布式仲裁是指，总线仲裁功能由不断改变的总线当前控制者和需要各个模块共同完成。

如IEEE802.3，即以太网，就是基于共享总线采用分布控制机制的局域网。

当发生冲突时，发送数据的站点机器立即停止发送数据并等待一段的时间后继续尝试数据发送。

总线型拓扑结构具有如下特点：
结构简单、灵活，易于扩展；共享能力强，便于广播式传输。

网络响应速度快，但负荷重时性能迅速下降；局部站点故障不影响整体，可靠性较高。

但是，总线出现故障，则将影响整个网络。

易于安装，费用低。

总线结构局域网典型代表：以太网（Ethernet）、快速以太网（Fast Ethernet）
吉比特以太网（Gigabit Ethernet）。

星型网络
星型结构的每个结点都由一条点对点链路与中心结点（公用中心交换设备，如交换机、集线器等）相连，如图3所示。

星型网络中的一个结点如果向另一个结点发送数据，首先将数据发送到中央设备，然后由中央设备将数据转发到目标结点。

信息的传输是通过中心结点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心结点与其他结点通信。

星型网络是局域网中最常用的拓扑结构。

图3星型拓扑结构
星型结构局域网典型代表是利用集线器或交换机连接工作站的典型网络。

其数据传输过程为，各结点将数据发送到中心结点，中心结点执行集中式通信控制策略，由中心结点将数据转发到目的结点。

其特点是，配置方便；结点的独立性；控制简单；易于扩展。

星型拓扑结构具有如下特点：
结构简单，便于管理和维护；易实现结构化布线；结构易扩充，易升级。

通信线路专用，电缆成本高。

星型结构的网络由中心结点控制与管理，中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。

中心结点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且中心结点一旦出现故障，会导致全网瘫痪。

其缺点为，成本较高。

每个结点与中心结点相连，需要大量的传输介质，费用较高；设备依赖性强。

中心结点出现故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求较高，中心系统通常采用双机热备份。

环型网络
环型结构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中，如图4所示。

每个结点设备只能与它相邻的一个或两个结点设备直接通信。

如果要与网络中的其他结点通信，数据需要依次经过两个通信结点之间的每个设备。

环型网络既可以是单向的也可以是双向的。

单向环型网络的数据绕着环向一个方向发送，数据所到达的环中的每个设备都将数据接收经再生放大后将其转发出去，直到数据到达目标结点为止。

双向环型网络中的数据能在两个方向上进行传输，因此设备可以和两个邻近结点直接通信。

如果一个方向的环中断了，数据还可以在相反的方向在环中传输，最后到达其目标结点。

图4环型拓扑结构
环型网络是以闭合环建立局域网。

其数据传输过程是通过令牌传输。

一个3字节的称为令牌的数据包绕着环从一个结点发送到另一个结点。

如果环上的一台计算机需要发送信息，它将截取令牌数据包，加入控制和数据信息以及目标结点的地址，将令牌转变成一个数据帧。

然后该计算机将令牌传递到下一个结点。

被转变的令牌就以帧的形式绕着网络循环直到它到达预期的目标结点。

目标结点接收该令牌并向发送结点返回一个确认消息。

在发送结点接收到应答后，它将释放出一个新的空闲令牌并沿着环发送。

环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。

令牌环（Token Ring）是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。

环型拓扑结构具有如下特点：
在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。

两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路径选择，但可扩充性差。

可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。

其他拓扑结构有树型网、网状网等其他类型拓扑结构的网络都是以上述三种拓扑结构为基础的。

在实际使用中，通常结合以上三种拓扑结构。

这种网络拓扑结构解决了星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。

其特点是应用相当广泛；扩展相当灵活；速度较快。

其缺点为，网络速率会随着用户的增多而下降的弱点。

较难维护。

如果总线断，则整个网络也就瘫痪了，但是如果是分支网段出了故障，则仍不影响整个网络的正常运作。

局域网的发展趋势。

未来的局域网将集成包括一整套服务器程序、客户程序、防火墙、开发工具、升级工具等，给企业向局域网转移提供一个全面解决方案。

局域网将进一步加强和E-mail、群件的结合，将Web技术带入E-mail和群件，从信息发布为主的应用转向信息交流与协作。

局域网将提供一个日益牢固的安全防卫、保障体系，局域网也是一个开放的信息平台，可以随时集成新的应用。

随着局域网(LAN)产品迅速发展并走向成熟，许多企业为了提高员工的工作效率，开始部署无线网络。

中学及大学在内的许多学校也开始实施无线网络，随着家庭电脑的普及和住房装修的高档化，家庭无线网络也成为一个潜在的市场。

因此无线网络将会成为许多公共场所的必备基础设施。

将来的局域网的发展趋势必将是有线网络和无线网络共存，局域网作为一种灵活的数据通信系统，在建筑物和公共区域内，是固定局域网的有效延伸和补充。

参考文献：《新编电信技术概论》吴德本，李惠敏人民邮电出版社，2003
《局域网组建和管理入门与提高》金刚善人民邮电出版社，2004；
《浅谈无线通信局域网的境况》罗伟翔城市建设理论研究2011（16）
《局域网的概况》蔡翔宇中国科技博览2010（33）
《局域网应用及未来发展趋势》张永贤中国科技纵横2012（2）。