局域网通信中的几个重要技术

局域网通信中的几个重要技术

【关键字】局域网、介质访问控制技术、帧、封装、存储转发、VLAN技术

【摘要】一个单位一般需要组建一个局域网以连入到互联网中，局域网中多采用带有冲突检测的载波监听多路访问技术；IEEE802.3系列协议封装的帧格式是局域网中最为常见的数据组织形式；交换式局域网及VLAN技术目前被广泛的应用；本文将从以上几个方面去深入的认识局域网。

局域网覆盖范围小，组建灵活、投资少、可靠性好，易于维护和升级，局域网技术已经走近千家万户，一个单位、一个组织都需要组建一个局域网以连入到互联网中。一般而言，一个局域网中的主机往往同属于一个网段，从而易于整个网络的寻址、布局，也有利于本局域网的管理和维护。

一、局域网中的介质访问控制技术

1、载波侦听多路访问技术——CSMA技术

在整个网络架构体系中，局域网具有举足轻重的地位，它覆盖范围小，往往适合一个单位、一个部门组建。由于复用技术所使用的设备往往价格不菲，因此局域网多不采用多路复用技术。故而局域网中的介质访问技术（多用户争用信道的机制）尤显的重要。以下说明常见的四种：

（1）坚持型CSMA技术

特点：若用户需要传输数据，先侦听传输介质，如果介质是空闲的，则立即发送；如果介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送。

缺点：当多个用户同时捕捉到空闲时，而下个时刻又同时需要占用信道，

则此时产生冲突，当网络中工作站的数目增加时，这种冲突产生的几率是非常大的。

（2）非坚持型CSMA技术

特点：若用户需要传输数据，先侦听传输介质，如果介质是空闲的，则发送；如果介质是忙的，则通过随机算法产生一段随机时间，待随机时间耗尽后，继续侦听；重复以上步骤，直到介质空闲，占用信道，用户传输数据。

缺点：一旦用户侦听信道的结果为忙，则需要产生一个等待时间（这个时间的跨度是随机的、不等的），而在这个等待时间内，信道是无法利用的，降低了信道的利用率。

（3）P—坚持CSMA技术

特点：P—坚持算法是以上两种技术的折中方案，它一方面可以减少冲突，一方面可以降低对介质的浪费，提高通信介质的利用率。

（4）带有冲突检测的载波监听多路访问技术

特点：若用户需要传输数据，先监听信道，如果信道空闲，发送数据，发送后，用户还需持续监听信道，若在2t（信号在局域网内来回所花费的时间）时间内，无冲突产生，用户将剩下的数据全部发给接收方，若在2t时间内产生冲

突，则最先捕捉到冲突的网卡发送一个阻塞（JAM）信号给网络中所有用户，当发送方收到此阻塞信号后产生一个随机等待时间，此随机等待时间耗尽后再重复以上步骤。局域网多采用以太机制，以太网适合各种网络拓扑结构，如：总线型、星型、树型、网状型等，传统以太网及目前的快速以太网多采用此机制争用信道，如IEEE802.3，IEEE802.3U等。

2、局域网中的“令牌”（TOKEN）机制

（1）令牌环网—TOKEN RING（IEEE802.5）

主要特点：在环状网络中，令牌是唯一的，令牌流动是有方向的，任何用户持用令牌后才具有占有信道的权利，而且令牌的拥有时间是固定的（HOLD TIME），当该时间耗尽后，令牌便开始按照某个方向向下流动。

（2）令牌总线网—TOKEN BUS（IEEE802.4）

主要特点：物理上看是总线结构，逻辑上环状结构。

二、局域网中数据的封装

不同的传输链路，在局域网中数据的封装格式往往不同。最常见的封装协议有：PPP协议、HDLC协议、SLIP协议、CSLIP协议、最为重要的封装格式为IEEE802.3系列协议（以太网帧所采用的封装格式）。

48位物理地址（MAC）的加入主要是确保网络通信一对一间的可靠和安全性，单靠可以修改、配置的逻辑地址（IP地址）是无法胜任的，但逻辑地址更方便在大范围网络范围内的寻址。上图中的封装格式说明了如何启用ARP协议来依

据某个IP地址找到所对应的MAC地址。“广播”机制在其中功不可没，但亦有安全隐患，如ARP欺骗。

不管采用何种技术架构的局域网，其在数据链路层对帧的长度必有限制。限制每个帧长度的大小有利于：（一）、增加网络的公平性和实时性，使多个用户交替占用信道，（二）、均衡了整个网络的负载，因为在IP层，往往采用报文分组的格式来陆续传输信息，不同的报文分组有不同的编号，可被路由设备从不同路径路由到接收方。称数据链路层中最大帧的长度为最大传输单元（MTU），不同的网络其传输媒介的特性和速率是不一样的，其MTU的值也不一样。如：以太网为1518个字节，点对点为296B，X.25为576B，FDDI为4352B，4Mbps 的令牌环网为4464B，16 Mbps的令牌环网为17914B等。

4个字节的CRC校验说明了数据链路层检验的重要性和必要性。

三、交换式局域网及虚拟局域网技术—VLAN技术

1、换式局域网的优点

交换式局域网的核心设备是交换机。交换机继承和发展了中继器的功能，局域网中的故障不具备全局性，易于维护和升级，由于交换机的存储功能，进一步减少了冲突产生的几率；同时，由于数据链路层中的数据得以存储和分析后，更加便于网络的按需配置和管理。

2、虚拟局域网技术

虚拟局域网技术是指在局域网交换机里采用网络管理软件所构建的可跨越不同物理网段、不同网络、不同位置的端到端的逻辑网络。同一个虚拟局域网（同一个VLAN）中的所有工作站同属于同一个广播域（冲突域）。从物理上看，所有工作站通过一个或若干个交换机相连接，看起来好像同属于一个局域网，然而在逻辑上却属于不同的广播域，这就是VLAN技术，采用这种技术，可以进

一步的缩小冲突域，减少冲突的产生，也更加方便网络的相关配置和管理，更加满足用户的许多实际需求。

（1）V LAN的类型

按端口划分（此种方法最普及）、按MAC地址划分和按IP地址划分等。

（2）实例：跨交换机实现相同VLAN间的通信，实验拓扑图如下：

主要步骤：

○1分别在SWITCH A 和B上划分 VLAN10 和VLAN 20，并分别将相应端口添加到不同的VLAN中。

○2将SWITCH A 和B 的24号端口设置成TRUNK口（干道技术）。

○3为每台PC机设置IP和子网掩码并用PING命令验证PC1和PC3之间是否能够通信。

局域网技术发展飞速，如今的局域网中无线网络越来越受重视，可以看到不远的未来千兆局域网将在我国普及，而万兆局域网技术已经逐渐成熟起来。任何单位甚至家庭都需要搭建一个局域网，掌握局域网技术，为我们的生活和生产提供了极大的便利。