第3章

CHAPTER 3

計算機局域網

計算機局域網(Local Area Network，LAN)是在一個局部的地理范圍內(如一個企業、學校和機關內)，面積一般是方圓幾千米以內，將各種計算機、外部設備和數據庫等互相連接起來組成的計算機通信網。它可以通過數據通信網或專用數據電路，與遠方的局域網、數據庫或處理中心相連接，構成一個較大范圍的信息處理系統。

局域網可以實現文件管理、應用軟件共享、打印機共享、掃描儀共享、工作組內的日程安排、電子郵件和傳真通信服務等功能。局域網嚴格意義上是封閉型的，可以由辦公室內幾臺甚至成千上萬臺計算機組成。決定局域網的主要技術要素為網絡拓撲、傳輸介質與介質訪問控制方法。

本章重點闡述局域網的相關概念、幾種常用的局域網及其技術、高速局域網和無線局域網。

3．1局域網概述

3．1．1局域網的體系結構

局域網的體系結構與OSI的體系結構有很大的差異。它的體系結構只有OSI的下三層，即物理層、數據鏈路層、網絡層，而沒有第四層以上的層次。即使是下三層，也由于局域網是共享廣播信道，且產品的種類繁多，涉及多種介質訪問方法，所以兩者存在著明顯的差別。

在局域網中，物理層負責物理連接和在介質上傳輸比特流，其主要任務是描述傳輸介質接口的一些特性，這與OSI參考模型的物理層相同。

但由于局域網可以采用多種傳輸介質，各種介質的差異很大，所以局域網中物理層的處理過程更加復雜。通常，大多數局域網的物理層分為兩個子層： 一個子層描述與傳輸介質有關的物理特性，另一子層描述與傳輸介質無關的物理特性。

在局域網中，數據鏈路層的主要作用是通過一些數據鏈路層協議，在不太可靠的傳輸信道上實現可靠的數據傳輸，負責幀的傳送與控制，這與OSI參考模型的數據鏈路層相同。但局域網中，由于各站共享網絡公共信道，因此必須解決信道如何分配，如何避免或解決信道爭用，即數據鏈路層必須具有介質訪問控制功能。又由于局域網采用的拓撲結構與傳輸介質多種多樣，相應的介質訪問控制方法也有多種，因此在數據鏈路功能中應該將與傳輸介質有關的部分和無關的部分分開。這樣，IEEE 802局域網參考模型中的數據鏈路層劃分為兩個子層： 介質訪問控制層(Medium Access Control，MAC)和邏輯鏈路控制層(Logical Link Control，LLC)。

在IEEE 802局域網參考模型中沒有網絡層。這是因為局域網的拓撲結構很好簡單，且各個站點共享傳輸信道，在任意兩個節點之間只有專享的一條鏈路，不需要進行路由選擇和流量控制，所以在局域網中不單獨設置網絡層，這與OSI參考模型是不同的。但從OSI的觀點看，網絡設備應連接到網絡層的服務訪問點SAP上。因此，在局域網中雖不設置網絡層，但將網絡層的服務訪問點SAP設在LLC子層與高層協議的交界面上。

3．1．2局域網的組成和特點

一般來說，局域網由資源硬件、通信硬件、網絡操作系統和通信協議組成。

1. 資源硬件

局域網中的設備可大體分為服務器、工作站、連接設備和外圍設備，它們統稱為資源硬件。

(1) 服務器。服務器和工作站具有提供服務與被服務的對應關系，服務器是中樞核心，通常可以進一步分為文件服務器、打印服務器和郵件服務器。服務器通常選用品質微機、專用服務器或小型計算機。

(2) 工作站。聯網的計算機如果不是服務器，便稱為網絡工作站，簡稱工作站。

(3) 連接設備。連接設備是把局域網中的通信線路連接起來的各種設備的總稱，這些設備包括中繼器、集線器、交換機等。

(4) 外圍設備。服務器連接的磁帶機、繪圖儀、外接硬盤等都可以作為共享的外圍設備，很常見的是網絡共享打印機。

2. 通信硬件

資源硬件的互聯要通過通信硬件完成，通信硬件主要由網卡和通信線路組成，從網絡協議的觀點看，局域網的通信硬件主要是實現物理層和介質訪問控制層功能，在網絡節點(工作站和服務器都是網絡節點)之間提供數據幀的傳輸通路。

(1) 網卡： 是網絡接口卡的簡稱(Network Interface Card，NIC)，也稱網絡適配器。每一臺接入局域網的計算機，包括工作站和服務器，都要在它的擴展槽中插入一塊網卡，通過網卡上的線纜接頭接入局部網絡的線纜系統。

(2) 通信線路： 網絡中實際進行數據傳輸的物理介質。

3. 網絡操作系統

網絡操作系統除了具有一般操作系統的功能以外，還具有網絡通信相關功能。目前常見的網絡操作系統有Windows系列、Linux等。

4. 通信協議

不同的拓撲結構具有不同的通信控制要求，不同的帶寬要求不同的幀長，不同的傳輸介質決定了不同的編碼方式、作用距離和工作方式(半雙工、全雙工)，等等，這一切細節都需要在通信協議中具體規定。

局域網一般為一個部門或單位所有，建網、維護以及擴展等較容易，系統靈活性高。其主要特點是：

(1) 覆蓋的地理范圍較小，只在一個相對獨立的局部范圍內聯，如一座或集中的建筑群內；

(2) 使用專門鋪設的傳輸介質進行聯網，數據傳輸速率高(10Mbps~10Gbps)； (3) 通信延遲時間短，可靠性較高；

(4) 局域網可以支持多種傳輸介質；

(5) 局域網大多采用廣播方式傳輸數據；

(6) 便于安裝、維護和擴充，建網成本低、周期短。

3．1．3網絡拓撲結構

局域網通常是分布在一個有限地理范圍內的網絡系統，一般所涉及的地理范圍只有幾千米。局域網專用性很好強，具有比較穩定和規范的拓撲結構。常見的局域網拓撲結構有星形、總線型、環形、樹形等。

1. 星形網絡

星形網絡中的每一個節點設備都以中心節點為中心，各個站點通過連接線與中心節點相連，如果一個工作站需要傳輸數據，它首先必須通過中心節點，如圖3．1所示。

圖3．1星形網絡拓撲結構

由于在這種結構的網絡系統中，中心節點是控制中心，任意兩個節點間的通信很多只需兩步，所以傳輸速度快，并且網絡構形簡單、建網容易，便于控制和管理。但這種網絡系統可靠性低，共享能力差，并且一旦中心節點出現故障則導致所有渠道癱瘓。

2. 總線型網絡

總線型結構網絡是將各個節點設備和一根總線相連，網絡中所有的節點工作站都通過總線進行信息傳輸，但一段時間內只允許一個節點利用總線發送數據，如圖3．2所示。作為總線的通信連線可以是同軸線纜、雙絞線，也可以是扁平線纜。

圖3．2總線型網絡拓撲結構

在總線型結構中，作為數據通信必經的總線的負載能量是有限度的，這是由通信介質本身的物理性能決定的。所以，總線型結構網絡中工作站節點的個數是有的，如果工作站節點的個數超出總線負載能量，就需要延長總線的長度，并加入相當數量的附加轉接部件，使總線負載達到容量要求。

總線型結構網絡簡單、靈活，可擴充性能好，所以進行節點設備的插入與拆卸很好方便。另外，總線型結構網絡可靠性高、網絡節點間響應速度快、共享資源能力強、設備投入量少、成本低、安裝使用方便，當某個工作站節點出現故障時，對整個網絡系統影響小。因此，總線型結構網絡是很普遍使用的一種網絡。但是由于所有的工作站通信均通過一條共用的總線，所以，實時性較差。另外，總線型的傳輸距離有限，通信范圍受到，而且故障診斷和隔離較困難。

3. 環形網絡

環形結構是網絡中各節點通過一條首尾相連的通信鏈路連接起來的一個閉合環形結構網，如圖3．3所示。

圖3．3環形網絡拓撲結構

環形網絡的結構也比較簡單，系統中各工作站地位相等，系統中通信設備和線路比較節省。

在環形網絡中信息按固定方向單向流動，兩個工作站節點之間僅有一條通路，系統中無信道選擇問題； 環形網絡中某個節點的故障將導致物理癱瘓。環形網絡中，由于環路是封閉的，所以不便于擴充，系統響應延時長，且信息傳輸效率相對較低。

4. 樹形網絡

樹形結構網絡是天然的分級結構，又稱為分級的集中式網絡，如圖3．4所示。

圖3．4樹形網絡拓撲結構

樹形網絡的特點是成本低，結構比較簡單。在網絡中，任意兩個節點之間不產生回路，每個鏈路都支持雙向傳輸，并且網絡中節點擴充方便、靈活，尋查鏈路路徑比較簡單。

但在這種結構網絡系統中，除葉節點及其相連的鏈路外，任何一個工作站或鏈路發生故障會影響整個網絡系統的正常運行。顯示全部>>隱藏全部>>

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络与通信基础知识,计算机网络与通信基础/谢雨飞的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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