几种典型的局域网技术

几种典型的局域网技术： ⑴ IEEE 802.3与以太网 ⑵ IEEE 802.5标准与令牌环网 ⑶ 无线网络 ⑷ 高速局域网技术

6.2.1　以太网与IEEE 802.3标准

1.以太网概述 以太网是目前使用最为广泛的局域网，从20世纪70年代末期就有了正式的网络产品。在整个 80年代中期，以太网与PC机同步发展，其传输速率自 80年代初的 10 Mbps发展到 90年代的100 Mbps，而目前1Gbps的以太网产品己很成熟。以太网支持的传输介质从最初的同轴电缆发展到双绞线和光缆，星型拓扑的出现使以太网技术上了一个新台阶，获得更迅速的发展。从共享型以太网发展到交换型以太网，并出现了全双工以太网技术，致使整个以太网系统的带宽成十倍、百倍地增长．并保持足够的系统覆盖范围。 以太网技术由Xerox公司于1973年提出并实现，最初以太网的速率只有2.94Mbps，之后在Xerox、Digital、Intel的共同努力下于1980年推出了10Mbps DIX以太网标准。1983年，以太网技术(802.3)与令牌总线(802.4)和令牌环(802.5)共同成为局域网领域的三大标准。1995年，IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准，以太网技术实现了第一次飞跃， 1998年802.3z千兆以太网标准正式发布，2002年7月18日IEEE通过了802.3ae：10Gbps以太网又称万兆以太网。分析以太网的发展历程和技术特点，可以发现以太网的发展主要得益于以下原因： ⑴ 开放标准，获得众多厂商的支持； ⑵ 结构简单，管理方便，价格低； ⑶ 持续技术改进，满足用户不断增长的需求； ⑷ 网络可平滑升级，保护用户投资。 2.以太网媒体访问控制方法 以太网是由Xerox公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波侦听、多路访问和碰撞检测(CSMA/CD)机制，数据传输速率达到10Mbps。以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel、和Xerox三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容。以太网结构示意如图6-3所示。 以太网/IEEE 802.3通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器与网络媒体进行连接。收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端站连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据帧。通过查看包含在帧中的目标地址，确定是否接收。如果数据帧的目的MAC地址与自己的MAC地址相同，工作站将会接收数据帧并传递给高层协议进行处理，否则就丢弃该帧。 以太网采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站都可以在任何时间访问网络。在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，即称为“载波侦听”协议。所谓网络是否空闲是指媒体上有无数据传输，也就是载波是否存在。如果侦听到有载波存在，工作站便推迟自己的传输。如果侦听到网络空闲，则立即开始进行传输。在侦听到媒体忙而等待传输情况下， 当传输中的帧最后一个数据位通过后，应继续等待至少9.6us，以提供适当的帧间间隔，随后便可进行传输。如果两个工作站同时试图进行传输，将会造成废帧，这种现象称为碰撞，并认为是一种正常现象；因媒体上连接的所有工作站的发送都基于媒体上是否有载波，所以称为“载波侦听、多路访问(CSMA)”。为保证这种操作机制能够运行，还需要有检测有无碰撞的机制，这便是“碰撞检测(CD)”。也就是说，在一个工作站发送过程中仍要不断检测是否出现碰撞。出现碰撞的原因是信号在LAN上传播有一定时延，对于粗缆而言，信号在其上的传播速度是光速的77%。对于细缆，在其上的传播速度为光速的65%。由于这种传播时延，虽然LAN上某一工作站已开始发送，但由于另外一工作站尚未检测到第一站的传输也启动发送，从而造成碰撞。帧长度要足以在发完之前就能检测到碰撞，否则碰撞检测就失去意义。因此，在 IEEE802.3标准中定义了一个间隙时间，其大小为往返传播时间与为强化碰撞而有意发送的干扰序列时间之和。这个间隙时间可用来确定最小的LAN帧长。检测到碰撞之后，涉及该次碰撞的站要丢弃各自开始的传输，转而继续发送一种特殊的干扰 信号(冲突帧)，使碰撞更加严重以便警告LAN上的所有工作站，有碰撞发生。在此之后，两个碰撞的站都采取等待一个随机间隔时间后，再启动发送。当然如果这两个工作站所选的随机间隔时间相同，碰撞将会继续产生。为避免这种情况的出现，退避时间应为一个服从均匀分布的随机量。同时，由于碰撞产生的重传加大了网络的通信流量，所以当出现多次碰撞后，它应退避一个较长的时间。 CSMA/CD的工作流程： ⑴ 如果媒体信道空闲，则可进行发送，否则转到第2步。 ⑵ 如果媒体信道忙(有载波)，则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。 ⑶ 如果在发送过程中检测到碰撞，则停止正常发送，转而发送一个短的干扰(jam)信号，使网上所有站都知道出现了碰撞。 ⑷ 发送了干扰信号后，退避一段随机时间，重新尝试发送，转到第1步。 CSMA/CD媒体访问方法的工作流程如图6-4所示。 虽然以太网和IEEE 802.3在很多方面都非常相似，但是两种规范之间仍然存在着一定的区别。以太网所提供的服务主要对应于OSI参考模型的第一和第二层，即物理层和逻辑链路层；而IEEE 802.3则主要是对物理层和逻辑链路层的通道访问部分进行了规定。此外，IEEE 802.3没有定义任何逻辑链路控制协议，但是指定了多种不同的物理层，而以太网只提供了一种物理层协议。 专家提示：以太网所提供的服务主要对应于OSI参考模型的第一和第二层，而IEEE 802.3则主要是对物理层和逻辑链路层的通道访问部分进行了规定。 3.以太网的组网标准 对于10 Mbps以太网，IEEE802.3根据传输介质的不同，也就是物理层的不同，有4种规范，如图6-5所示，即10BASE-5 (粗缆以太网)、 10BASE-2 (细缆以太网)、10BASE-T (双绞线以太网)和10BASE-F (光纤以太网)，下面就这四种规范逐一进行说明。 ⑴ 10BASE-5规范 10BASE-5规范通常被称为“粗缆以太网(thick Ethernet)”，其拓扑结构如图6-6所示。 10BASE-5主要包括粗缆、外收发器和内收发器、收发器电缆(AUI电缆)、网络适配器(网卡)和阻抗为50Ω的终接器五部分。 ① 10BASE-5采用总线型拓扑结构，如图6-6所示。 ② 802.3标准建议粗缆以太网电缆为黄色，每隔2.5m一个标志，标明分接头插入处； ③ 连接处通常采用插入式分接头(vampire tap)，将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯，如图6-7所示，收发器通过AUI接口连接网络设备(网卡、中继器等)。 ④ 10BASE-5工作速率为10Mbps，采用基带信号，最大支持段长为500米，当网线长度超过500米时，需加中继器。在10BASE-5中，最多允许使用4个中继器共连接5个单网段，每个网段内最多只能使用100台计算机。在5个网段中，只允许其中3个网段连接算机，剩余的两个网段不能连接计算机，而只用于扩展粗缆Ethernet的距离。因此，使用中继器进行扩展后，粗缆Ethernet的最大网络距离为2500米，如图6-8所示。 ⑵ 10BASE-2规范 10BASE-2规范通常又称为“细缆以太网(thin Ethernet)”，其典型拓扑结构为总线型如图6-9所示。10BASE-2包括传输介质(细缆)、网络适配器(网卡)、BNC电缆连接器、T型连接器、和BNC终接器(终端电阻)。 ① 10BASE-2的传输介质采用细同轴电缆组网，细同轴电缆价格低廉，安装方便，而且很容易弯曲； ② 接头处采用工业标准的BNC连接器组成T型插座，将网络设备(网卡、中继器等)连接到传输介质上； ③ 在10BASE-2网络中，单网段最大长度为185米，两个相邻BNC、T型连接器之间的最小距离为0.5米。如果实际需要的细缆长度超过185m，则可以使用带有BNC接口的中继器。网络最多允许使用4个中继器连接5个网段，同样只允许其中3个网段连接计算机，剩余的两个网段不能连接计算机，而只用于扩展距离，与10BASE-5相同，因此10BASE-2的网络最大距离为925米，如图6-10所示； ④ 10BASE-2的传输速率为10Mbps； ⑤ 10BASE-2采用CSMA/CD媒体访问控制方法。 ⑶ 10BASE-T规范 10BASE-T规范是一种利用双绞线来组网的以太网标准。其结构如图6-11所示。 10BASE-T主要由RJ-45连接器、双绞线电缆、网络适配器(网卡)和集线器(HUB)四部分组成。 ① 10BASE-T规范要求网络内所有站点均通过双绞连接到一个中心集线器(HUB)上。这种结构使增添或移去站点变得十分简单，并且很容易检测到电缆故障； ② 10BASE-T要求电缆的最大有效长度为距集线器100米； ③ 采用10BASE-T规范组网，能接入网络的计算机数目与集线器的端口数有关，当要接入网络的计算机数目大于集线器的端口数时，要采用集线器级联的方法组成树型网络，如图6-11所示。 ④ 10BASE-T规范要求两个计算机端点之间最多允许有4个集线器和5个非屏蔽双绞线电缆段，即10BASE-T网络所允许端到端的最大电缆长度为500米。 ⑤ 10BASE-T的传输速率为10Mbps； ⑥ 10BASE-T的连接采用RJ-45接头。 ⑦ 10BASE-T采用CSMA/CD媒体访问控制方法。 专家提示：要注意三种以太网的组网规范的区别，10BASE-T是目前最流行的以太网组网方式。 ⑷ 10BASE-F规范 10BASE-F规范是采用光纤来组建局域网的一种标准。这种方式的其连接器和收发器的费用而十分昂贵，但是它却有极好的抗干扰性，常用于办公大楼或相距较远的集线器间的连接。 10BASE-5、10BASE-2和10BASE-T主要组网参数如表6-1所示。 表6-1三种以太网的主要组网参数 标准 冲突控制方法 传输介质 传输速率Mbps 拓朴结构 最大干线段长度/m 最大全干线段长度/m 每干线段最多节点数 最大全干线段长度 主干线最多节点数 接口标准 10BASE-5 CSMA/CD 粗缆 10 总线型 500 2500 100 3 300 AUI 10BASE-2 CSMA/CD 细缆 10 总线型 185 925 30 3 90 BNC 10BASE-T CSMA/CD UTP 10 星型 100 不限 不限 不限 不限 RJ-45

6.2.2　IEEE802.5标准与令牌环网

1.令牌环网概述 令牌环网是由IBM公司在70年代初开发的一种网络技术，目前已经发展成为除Ethernet/IEEE 802.3之外最为流行的局域网组网技术。IEEE 802.5规范与IBM公司开发的令牌环网几乎完全相同，并且相互兼容。事实上，IEEE 802.5规范制定之初正是选取了IBM的令牌环网络作为参照模型，并在随后的过程中，根据IBM令牌环网的发展不断的进行了调整。通常来说，令牌环网指得就是IBM公司的令牌环网和IEEE 802.5网络。 虽然令牌环网和IEEE 802.5网络从根本上是相互兼容的，但是两者之间仍然存在着一些细小的差别。例如，IBM的令牌环网规定采用星型网络拓扑结构，所有的终端站都连接到一种被称为多站访问单元(Multi station Access Unit，简称MSAU)的设备上。与此不同，IEEE 802.5规范并没有具体要求采用哪一种网络拓扑结构。其它的差别还包括介质类型(IEEE 802.5没有对网络介质的类型做出明确的规定，而IBM令牌环网则要求使用双绞线作为网络传输介质)以及路由信息域的长度等。 典型的令牌环网的网络组成结构如图6-12。 令牌环网中的各工作站都直接与MSAU连接，多台MSAU设备连接在一起形成一个大的圆形环路。一台MSAU最多可以连接8台工作站，左右两端的Ring In和Ring Out端口用来连接不同的MSAU，不能用于连接工作站设备。MSAU中包括旁路中继电路，可以将工作站从网络环路中断开。 2.令牌环网的介质访问控制方法 令牌环介质访问控制方法，是通过在环型网上传输令牌 (特殊帧)的方式来实现对介质的访问控制的。只有当令牌传送至环中某站点时，它才能利用环路发送信息。当环路中各站都没有数据帧发送时，令牌标记为01111111，称为空标记。当一个站点要发送数据帧时，需等待令牌，捕获令牌后将空标记置换为忙标记 01111110，并将欲传数据加入令牌，构成数据帧，并将数据帧发送至环上。由于是忙标记，所以其他站不能发送数据帧，必须等待。 发送出去的数据帧将沿环路传送下去、在循环一周又回到原发送站点时，由发送站将该帧的数据部分从环上移去。将数据帧转变为令牌，同时将忙标记换为空标记后传至其后邻站点，使之获得发送的许可权。发送站在从环中移去数据帧的同时还要检查接收站载入该帧的应答信息，若为肯定应答信息则说明发送出去的帧己被正确接收，完成了发送任务；若为否定应答则说明对方未能正确收到所发送的帧，原发送站点需在带空标记的令牌第二次到来时，重发此帧。采用发送站从环上收回帧的策略，不仅具有对发送站自动应答的功能，而且还具有广播特性．即可以有多个站接收同一数据帧。 接收帧的过程与发送帧不同，当令牌及数据帧通过环上站点时，该站将数据帧携带的目标地址与本站地址相比较。若地址符合，则将该帧复制下来放入接收缓冲器．待接收站正确接收后，即在该帧上载入肯定应答信号；若不能正确接收则载入否定应答信号之后再将该帧送入环上．让其继续向下传送。若地址不符合，则简单地将数据帧放大后重新送入环中。所以当令牌经过某站点而它既不发送信息，又不接收信息时，会稍经延迟，继续向前传送。 在系统负载较少时由于站点需等待令牌到达才能发送或接收数据，因此效率不高。但若系统负载较重，则各站点可公平共享介质，效率较高。 与CSMA/CD网络(以太网)不同，基于令牌传递技术的网络可以计算出任何一台终端站在能够传递数据之前所需要等待的最长时间。这一特点结合令牌环网本身所具有的较高的可靠性使令牌环网非常适合在能够对网络延时做出准确预测和需要健壮的网络运行能力的环境下使用。例如，生产厂房中的自动化系统多采用令牌环技术组网。 专家提示：令牌环网实时较强，适合负载较重的网络；而以太网实时性较差，适合负载较轻的网络。 3.令牌环网的工作原理 ⑴ 令牌环网的工作过程 令牌环网采用令牌环介质访问控制方法。当环上的一个工作站希望发送帧时，必须首先等待令牌。一旦收到令牌，工作站便将令牌变成一帧的帧首，组成帧后，便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一站应接收此帧。帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转发，直到回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。 工作站在发送完一帧后，释放令牌，以便出让给它站使用。出让令牌有两种方式，并与所用的传输速率相关。一种是低速操作(4Mb/s)时只有收到正确应答信息才释放，称为常规释放。第二种是工作站发出帧的最后一位后释放，称为早期释放。令牌环网的工作原理可用图来说明。假定工作站A想向工作站C发送帧，其具体工作过程如下： ① 工作站A等待令牌从上邻站到达本站，捕获后便有了发送机会，如图6-12所示； ② 工作站A将数据帧发送到环上，工作站C对发往它的帧进行拷贝，并继续将该帧转发到环上，如图6-14所示； ③ 工作站A等待接收它所发的帧，并将帧从环上移去，不再向环上转发，如图6-15所示； ④ 当工作站A接收到帧的最后一位时，便产生令牌，并将令牌通过环传给下邻站B，随后对帧尾部的响应位进行处理，这就是所谓的“常规释放”，如图6-16所示。另一情况是当工作站A发送完数据帧的最后一个位时，便将令牌传递给下游工作站，这就是所谓早期释放，如图6-17所示。 ⑵ 令牌环网的管理与维护 从上面的工作过程可以看出，令牌环网管理和维护显得尤为重要。其原因是环容易出现物理故障导致环的中断或令牌的丢失；不管什么情况，都会导致环的不正常工作。 为了便于令牌环的管理和维护，采用分布式的管理方法。也就是增加了许多用于令牌环管理和维护的命令(控制帧)。同时令牌环网还引入了监控站( monitor station)，由它来负责整个网的正常工作。在令牌环网中，每个站点都可能成为监控站，监控站是通过竞争产生的。在环刚启动或重新初始化时，所有站点都发送声明帧，试图声明自己为监控站。竞争监控站的过程是环中任意一个站点在接收到其上游站点发送或转发的声明帧时，将本站地址与声明帧中的源地址进行比较。如果本站地址大于声明帧中的源地址，则停止发送本站的声明帧，转发接收到的声明帧，否则继续发送本站声明帧，如果某站接收到自己发送的声明帧，它就成为监控帧。 监控站的职责是：确保令牌不丢失；在环断开时采取行动；当环中出现破损帧时清除掉；以及查看是否有无主帧出现。例如，当信息帧的发送设备失效时，将无法清除已经发出的信息帧(即出现了无主帧出现)，使信息帧在网络环路中持续传递下去，影响其它工作站正常发送信息，并有可能最终导致整个网络瘫痪。为了避免上述情况的发生，令牌环网中的监控站可以及时检测并清除网络中出现的错误帧，并自动生成新的令牌发送到网络当中。 因为令牌环网中的所有信息都可以通过主动式MSAU进行监控，所以能够及时的检测出错误，并在需要的时候把出现问题的工作站从网络环路中断开。 令牌环网采用了一种较为复杂的优先级系统，允许某些由用户指定的具有较高级别的工作站优先使用网络。只有那些具有与令牌相同或更高优先级别的工作站才可以获得令牌。在令牌被获取并被改换为数据帧之后，只有那些具有比数据帧发送方更高优先级别的工作站才能够预约在下一个循环周期中使用令牌。

6.2.3　无线网络

1.无线网络的概念 计算机局域网是把分布在数公里范围内的不同物理位置的计算机连在起，在网络软件的支持下可以相互通信和共享资源的网络系统。它主要依靠电缆和光缆等传输介质构成计算机局域网络系统，因此需要布线或改线，工程量大，而且容易遭到损坏，网中的各站点位置也不易移动。如果把相隔数公里到数十公里距离的远程站点连入网络，或者把这样距离的两个局域网相连，采用电话线路做传输媒介时，不但速率低，误码率高和线路可靠性差，采用专用线路时，布线施工难度大，费用高，施工过程中还会遇到预想不到的困难。在这种背景下，便可采用无线局域网络系统。 无线局域网是指以无线信道作传输介质的计算机局域网。是采用与有线网络同样的工作方法把PC、服务器、工作站、网络操作系统、无线适配器和访问点等通过无线信道建立起来的网络。 无线局域网的应用范围非常广泛，如果将其应用划分为室内和室外的话，室内应用包括大型办公室、车间、智能仓库、临时办公室、会议室、证券市场；室外应用包括城市建筑群间通信、学校校园网络、工矿企业厂区自动化控制与管理网络、银行金融证券城区网、矿山、水利、油田、港口、码头、江河湖坝区、野外勘测实验、军事流动网、公安流动网等。 目前无线网络技术已相当成熟，广泛应用于各种军事、民用领域。现在，高速无线网络的传输速率已达到11M，完全能满足一般的网络传输要求，包括传输文字、声音、图像等，甚至可以多路声音、图像并发的传输。 2.无线局域网的标准 802.11b标准是IEEE在1997年6月制定并通过的无线局域网标准，主要是对网络的物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层(LLC)是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。这样就使得无线网的两种主要用途“(同网段内)多点接入”和“多网段互连”，易于质优价廉地实现。在MAC层以下，802.11b规定了三种发送及接收技术：扩频(Spread Spectrum)技术；红外(Infared)技术；窄带(Narrow Band)技术。而扩频又分为直接序列(Direct Sequence DS)扩频技术(简称直扩)，和跳频(Frequency Hopping FH)扩频技术。直序扩频技术，通常又会结合码分多址CDMA技术。根据预测，今后几年，无线网在全世界将有较大的发展。 IEEE 802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps，与普通的10BASE-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施，可以基本满足使用要求。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。 IEEE 802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE 802.3以太网的原理很类似，都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是802.11b无线局域网则引进了冲突避免技术，从而避免了网络中冲突的发生，可以大幅度提高网络效率。 802.11b运作模式基本分为两种：点对点模式和基本模式。点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式。只要计算机插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的计算机连接，对于小型的无线网络来说，是一种方便的连接方式，最多可连接256台计算机。而基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这是802.11b最常用的方式。此时，插上无线网卡的计算机机需要由接入点与另一台计算机机连接。接入点负责频段管理及漫游等指挥工作，一个接入点最多可连接1024台计算机(无线网卡)。当无线网络节点扩增时，网络存取速度会随着范围扩大和节点的增加而变慢，此时添加接入点可以有效控制和管理频宽与频段。无线网络需要与有线网络互连，或无线网络节点需要连接和存取有线网的资源和服务器时，接入点可以作为无线网和有线网之间的桥梁。 3.无线局域网组网方法 在IEEE802.11b标准中，无线局域网组网结构有“对等(Peer-To-Peer，即点对点)”和“主从(Master-Slave)”两种标准形式。“点到点”结构用于连接个人计算机或便携式计算机，允许各台计算机在无线网络所覆盖的范围内移动并自动建立点到点的连接，使不同计算机之间直接进行信息交换。而“主从”结构中所有工作站都直接与中心天线或访问节点AP(Access Point)连接，由AP承担无线通信的管理及与有线网络连接的工作。无线用户在AP所覆盖的范围内工作时，无需为寻找其它站点而耗费大量的资源，是理想的低功耗工作方式。目前无线局域网采用的拓扑结构主要有对等方式、接入方式、中继方式三种。 ⑴ 对等方式 对等方式下的无线局域网，不需要单独的具有总控接转功能的接入设备AP，所有的基站都能对等地相互通信。并不是所有号称兼容802.11标准的产品都具有这种工作模式，无线产品对应的这种模式是Ad Hoc Demo Mode。在Ad Hoc Demo模式的局域网中，一个基站会自动设置为初始站，对网络进行初始化，使所有同域(SSID相同)的基站成为一个局域网，并且设定基站协作功能，允许有多个基站同时发送信息。这样在MAC帧中，同时有源地址、目的地址和初始站地址。在目前，这种模式采用了NetBEUI协议，不支持TCP/IP，适合于组建临时性的网络，如野外作业、临时流动会议等。每台计算机仅需一片网卡，经济实惠。结构如图6-18所示。 ⑵ 接入方式 这种方式以星性拓扑为基础，以接入点AP为中心，如图6-19所示，所有基站的通信要通过AP接转，相当于以无线链路作为原有的基干网或其一部分，相应地在MAC帧中，同时有源地址、目的地址和接入点地址。通过各基站的响应信号，接入点AP能在内部建立一个像路由表那样的“桥连接表”，将各个基站和端口一一联系起来。当接转信号时，AP就通过查询“桥连接表”进行。 当室内布线不方便、原来的信息点不够用或有计算机的相对移动时，可以利用此无线解决方案。由于无线局网的AP有以太网接口，这样，既能以AP为中心独立建一个无线局域网，也能以AP作为一个有线网的扩展部分，如图6-20所示。这样就可以使插有无线网卡的客户共享有线网资源，实现有线无线随时随地的共享连接。如为大型办公室可接多个AP，可利用其无缝漫游功能，建立较大的无线的局域网。 ⑶ 中继方式 中继是建立在接入原理之上的，是两个AP点对点的链接，由于独享信道，较适合两个局域网的远距离互连(架设高增益定向天线后，传输距离可达到50公里)。无线网络采用中继方式的组网模式有典型中继模式、点对点模式、点对多点模式，由于形式多种多样，所以统称为无线分布系统(Wireless Distribution System)。正是在这种模式下，MAC帧使用了四个地址，即源地址、目的地址、中转发送地址、中转接收地址。 ① 典型中继模式 该模式主要用于应用于三个局域网或中继的两个局域网互联。如图6-21所示，A、B、C网分别为三个有线网，A网为中心点，外围有B网和C网。无线网桥的接法与上一例点到点的非常相似，只是中心点A网的无线网桥上需插有两块无线网卡，两块无线网卡分别通过馈线接两部天线，两部天线分别指向B网和C网。 ② 点对点模式 点对点模式主要用于两点之间距离较远或中间有河流、马路等无法布线，专线、拨号成本又高的场所，可以传输图像、语音、数据等。如图6-22所示，A网与B网分别为两个有线局域网，在距离较远无法布线的情况下，可通过两台无线网桥将两个有线局域网连在一起，可通过网桥上的RJ-45接口与有线的交换机或HUB相接。网桥的射频输出端口，通过馈线接到天线。无线网桥连接完成后的效果类似HUB级联 ③点对多点模式 点对多点模式用于总部与多个分部之间连接。如图6-23所示，A有线网为中心点，B、C、D分别为外围的三个有线网，在此案例中，几个用于总部与多个分部之间。有线网可以为不同网段。在无线设备上的选用有所不同，在中心点需要采用全向天线，其他各点采用定向天线。 专家提示：接入方式和中继方式支持TCP/IP和IPX等多种网络协议，是IEEE802.11重视而且极力推广的无线网络主要的应用方式。

6.2.4　高速局域网技术

前面介绍的是传统的局域网：以太网和令牌环网。随着通信技术的发展以及用户对网络带宽需求的增加，迫切需要建立高速的局域网。下面我们介绍高速局域网技术。 1.快速以太网技术 ⑴ 快速以太网技术的发展 随着局域网应用的深入，用户对局域网带宽提出了更高的要求。人们只有两条路可以选择：要么重新设计一种新的局域网体系结构与介质访问控制方法，去取代传统的局域技术；要么保持传统的局域网体系结构与介质访问控制方法不变，设法提高局域网的传输速率。对目前已大量存在的以太网来说，要保护用户已有的投资，同时又要增加网络的带宽，快速以太网(fast Ethernet)是符合后一种要求的新一代高速局域网。 快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，数据传输速率达到了100Mbps。快速以太网保留着传统以太网的所有特征，包括相同的数据帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是将每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns。之所以这样处理主要考虑到下面三个原因： ① 与现存成千上万个以太网相兼容； ② 担心制定新的协议可能会出现不可预见的困难； ③ 不需要引入更多新技术便可完成这项工作。 IEEE802委员会1995年6月正式批准了快速以太网(Fast Ethernet)标准，该标准被命名为802.3u。 ⑵ 快速以太网的协议结构 IEEE802.3 u标准在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一些必要的调整，定义了新的物理层标准(100 BASE-T)。100 BASET标准定义了介质专用接口(MII，media independent interface)，它将 MAC子层与物理层分隔开来。这样，物理层在实现 100 Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。快速以太网的协议结构如图6-24所示。 ⑶ 100BASE-T 快速以太网技术标准 100BASE-T标准可以支持多种传输介质。目前，100 BASE-T有以下三种有关传输介质的标准：分别是100BASE-T4、100BASE-TX和100BASE-FX。 100BASE-T4需要4对3类双绞线：一对专用于发送，一对专用于接收，另两对则是双向的。将100 Mbps的数据信号分配到3对电缆传输，从而降低了对电缆的要求。 100BASE-TX需要2对高质量的双绞线：一对用于发送数据，另一对用于接收数据。这种电缆类型既可以是5类非屏蔽双绞线(Category 5)，也可以是IBM 1类屏蔽双绞线(IBM Type 1 STP)。一般把100BASE-TX和100BASE-T4统称为100BASE-T。100BASE-T站点与集线器的最大距离不超过100米。 100BASE- FX的标准电缆类型是内径为62.5 μ m 、外经为125 μ m 的多模光缆。光缆仅需一对光纤：一路用于发送，一路用于接收。100BASE-FX可将站点与服务器的最大距离增加到185米，服务器和工作站之间(无集线器)的最大距离增加到约400米；而使用单模光纤时可达2公里。表6-2给出了快速以太网3种不同的物理层标准。 表6-2 快速以太网3种物理层标准 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 支持全双工 是 是 否 电缆对数 两对双绞线 一对光纤 四对双绞线 电缆类型 UTP Cat5，STP Type 1 多模/单模光纤 UTP Cat5 最大距离 100m 200m，2km 100m 接口类型 RJ-45或DB9 MIC，ST，SC RJ-45 2.千兆以太网 ⑴ 千兆以太网的发展现状及其特点 千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。千兆以太网和大量使用的以太网、快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE 802.3标准中所定义的管理对象。作为以太网的一个组成部分，千兆以太网也支持流量管理技术，它保证在以太网上的服务质量，这些技术包括IEEE 802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议(RSVP)。 千兆以太网还利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四层过滤、千兆位的第三层交换。千兆以太网原先是作为一种交换技术设计的，采用光纤作为上行链路，用于楼宇之间的连接。之后，在服务器的连接和骨干网中，千兆以太网获得广泛应用，由于IEEE 802.3ab标准(采用5类及以上非屏蔽双绞线的千兆以太网标准)的出台，千兆以太网可适用于任何大中小型企事业单位。 目前，千兆以太网已经发展成为主流网络技术。大到成千上万人的大型企业，小到几十人的中小型企业，在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选的高速网络技术。千兆以太网技术甚至正在取代ATM技术，成为城域网建设的主力军。 千兆以太网的主要特点： 千兆位以太网提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投资。千兆位以太网将保留IEEE 802.3和以太网帧格式以及802.3受管理的对象规格，从而使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具； 千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了一条最佳的路径。至少在目前看来，是改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员能够建立有效使用高速、关键任务的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问； IEEE 802.3工作组建立了802.3z和802.3ab千兆位以太网工作组，其任务是开发适应不同需求的千兆位以太网标准。该标准支持全双工和半双工1000Mbps，相应的操作采用IEEE 802.3以太网的帧格式和CSMA/CD介质访问控制方法。千兆位以太网还要与10BASE-T和100BASE-T向后兼容。此外，IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的铜轴电缆。千兆位以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足。 ⑵ 千兆以太网的协议结构 制定千兆以太网标准的工作是从 1995年开始的。 1995年11月，IEEE 802 3委员会成立了高速网研究组。 1996年8月，成立了 802.3 工作组，主要研究使用多模光纤与屏蔽双绞线的千兆以太网物理层标准。 1997年初，成立了 802.3ab工作组，主要研究使用单模光纤与非屏蔽双绞线的千兆以太网物理层标准。 1998年 2月，IEEE 802委员会正批准了千兆以太网标准(IEEE 802.3z)。 IEEE 802.3z 标准在LLC子层使用IEEE 802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一些必要的调整，它定义了新的物理层标准( 1000 BASE-T)。1000 BASE-T标准定义了千兆介质专用接口(GMII， gigabit media independent interface)，它将MAC子层与物理层分隔开来。这样，物理层在实现1000Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。千兆以太网的协议结构如图6-25所示 1000 BASE-T标准可以支持多种传输介质。目前，1000 BASE-T有以下几种有关传输介质的标准： ① 1000 BASE-T使用的是 5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到 100m。 ② 1000 BASE-CX使用的是屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到 25 m。 ③ 1000 BASE-LX使用的是波长为 1300nm的单模光纤，光纤长度可以达到3 000 m。 ④ 1000 BASE-SX使用的是波长为 850nm的多模光纤，光纤长度可以达到 300～550m。 3.10Gbps以太网和40Gbps以太网技术 2002年6月正式发布了802.3ae 10Gbps标准，将802.3协议扩展到10Gbps的工作速度，并扩展以太网的应用空间，使之能够包括ＷＡＮ链接。10Gbps以太网与SONET：OC-192帧结构的融合，可以与OC-192电路和SONET/SDH设备一起运行，保护了传统基础设施投资，使供应商能够在不同地区中通过城域网提供端到端的以太网络。 2003年5月26日，在以太网技术行将迎来三十岁诞辰之际，思科高级副总裁Luca Cafiero指出，未来两年内，以太网最高数据传输速率将可望提高至40Gbps。