4 局域网技术（一）：局域网概述

1 局域网概述

局域网（Local Area Network, LAN）主要处理的是网络中各个节点（比如电脑、打印机等设备）之间的数据传输，这个过程中只涉及到网络的物理层和数据链路层，而不涉及更高层次的网络层。
在局域网的工作方式中，数据链路层的功能进一步被划分为两个子层：媒体访问控制（Media Access Control, MAC）子层和逻辑链路控制（Logical Link Control, LLC）子层。

• MAC子层负责根据我们使用的网络介质（比如电缆、无线信号等）来管理数据的发送和接收
• LLC子层则与传输介质无关，它的任务是确保数据能够在不同的网络设备之间正确地传输。

局域网中更高级的功能，比如网络管理和资源共享，是由网络操作系统来完成的。
在局域网的标准化工作中，有多个国际和地区的组织参与，包括国际标准化组织（ISO）、美国电气和电子工程师协会的802委员会（IEEE 802）、欧洲计算机制造商协会（ECMA）、美国国家标准局（NBS）、美国电子工业协会（EIA）以及美国国家标准协会（ANSI）等。这些组织共同确保了局域网技术的一致性和互操作性。

1.1 局域网的特点

• 局域网具有以下特点：
  • 地理分布范围较小，一般是几百米或几千米，覆盖范围可能是一幢楼，一个企业或者一个校园。
  • 数据传输速率高，带宽一般不小于10Mbps，最快可达到1Gbps或10Gbps。通常情况下到桌面为100Mbps。而且随着局域网向更高速率发展，可交换各类数字和非数字（如语音、图像和视频等）信息。
  • 误码率低，一般在10-11～10-8。低误码率的原因是局域网普遍使用基带传输技术，这种技术不涉及信号的频率变换，直接在传输介质上发送数据。同时，局域网中的通信距离较短，数据在网络中经过的设备数量也相对较少，这些都有助于减少在传输过程中可能出现的错误，从而保持了较低的误码率。
  • 局域网的归属较为单一，通常是由一个单位或一个公司内部管理，所以局域网的设计、安装、使用和操作等不受公共网络的约束，并且连接较为规范，遵循严格的LAN标准。
  • 一般采用分布式控制和广播式通信。
  • 协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。
• 构建局域网需要考虑的问题：构建局域网时一般需要考虑如下问题
  • 局域网所采用的拓扑结构
  • 选择的传输介质
  • 介质访问控制方法
  • 通信协议
  • 布线技术
• 局域网的拓扑结构
  • 首先，在选择网络拓扑结构时，首先需要考虑的是介质访问控制（MAC）方法，因为不同的网络拓扑结构往往对应不同的介质访问控制协议。例如，以太网（Ethernet）通常采用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议，而令牌环（Token Ring）网络则使用令牌传递机制。
  • 其次，要考虑性能、可靠性、成本、扩充灵活性、实现的难易程度及传输介质的长度等因素
  • 局域网常采用总线型、环型、星型、树型拓扑和无线等结构，目前使用最多的是树型拓扑结构的以太网。这种结构通过分层的方式来组织网络，使得网络管理和故障排查更为简便。

1.2 局域网的介质访问控制方法

介质访问控制方法（MAC）是网络中用于确保数据在多个节点之间安全、可靠传输的一系列通信规则，也就是协议（Protocol）。这些规则定义了节点如何访问和使用共享的传输介质，以避免数据冲突和确保有效通信。

在早期的局域网（LAN）中，尤其是使用同轴电缆的网络，一个传输介质通常会连接多个节点。在这种情况下，需要一种仲裁机制来控制这些节点如何轮流使用传输介质。这就是MAC子层协议发挥作用的地方，它是数据链路层的一部分，负责介质访问的控制。
最常用的介质访问控制方法包括：

• 1.CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）：这是IEEE 802.3标准定义的一种“争用型”访问方式。在CSMA/CD中，节点在发送数据之前会监听传输介质是否空闲。如果介质空闲，节点就会发送数据；如果检测到冲突（即两个或多个节点同时发送数据），它们会停止发送，等待随机时间后再次尝试。CSMA/CD是以太网（Ethernet）的核心技术，广泛应用于星型拓扑的网络中。
• 2.令牌（Token）技术࿱