局域网极域网

·47·第4章计算机局域网教学要求掌握:局域网的概念、特点以及分类.
理解:网络拓扑结构的概念,基本拓扑结构类型和特点.
了解:高速局域网和虚拟局域网的工作原理,各种网络传输介质的工作原理和特点.
4.
1局域网概述4.
1.
1局域网的概念局域网(LocalAreaNetwork,LAN)是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络.
它由互联的计算机、打印机和其他在短距离范围内共享硬件、软件资源的计算机设备组成.
局域网可以使用多种传输介质来连接.
决定局域网特性的主要技术有:①用以连接各种设备的拓扑结构;②用以传输数据的传输介质;③用以共享资源的介质访问控制方法.
在本章中主要涉及局域网的拓扑结构和传输介质.
·48·4.
1.
2局域网的特点局域网的特点主要表现为:(1)局域网是一个通信网络,从协议层次的观点看,它包含着下三层的功能,由连接到局域网的数据通信设备和高层协议、网络软件组成.
(2)局域网覆盖的范围比较小,其服务区域可以是一间小型办公室、大楼的一层或整个大楼,例如某大学的计算机系,其中每间办公室和实验室的计算机都由通信电缆连接;数据传输距离短(0.
1~10km),传输时间有限.
(3)局域网可以采用多种传输介质,包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线介质等.

(4)传统的局域网传输速率为(10~100)Mb/s,高速局域网可达到10000Mb/s;传输延迟和误码率低.
4.
1.
3局域网的分类1.
按照组网方式分类按照组网方式的不同,即网络中计算机之间的地位和关系的不同,局域网可以分为3种:对等网、专用服务器局域网和客户机/服务器局域网.
对等网(Peer-to-PeerNetworks)是局域网最简单的形式之一.
它指的是网络中没有专用的服务器(Server),每一台计算机的地位平等,每一台计算机既可充当服务器又可充当客户机(Client)的网络.
这种网络没有客户机和服务器的区别,每台计算机都可以向别的计算机提供服务,如共享文件夹、共享打印机等.
同时,每台计算机也可以享受别人提供的服务.
在对等网中,用户自行决定自己的资源是否共享,或使别人只能访问他的资源而不能进行控制.
对等网与网络拓扑的类型和传输介质无关.
对等局域网的组建和维护比较容易,且成本低,结构简单,但数据的保密性较差,文件存储分散,不易升级.
对等网计算机之间的关系如图4.
1所示.
图4.
1对等网计算机之间的关系专用服务器局域网(Server-Based)是一种主/从式结构,即"工作站/文件服务器"结构的局域网.
它是由若干台工作站及一台或多台文件服务器,通过通信线路连接起来的网络.

该结构中,工作站可以存取文件服务器内的文件和数据及共享服务器存储设备.
服务器作为一台特殊的计算机,除了向其他的计算机提供文件共享、打印共享等服务之外,它还具有账·49·号管理、安全管理的功能,它能赋予不同账号具有不同的权限,它与其他非服务器计算机之间的关系不是对等的,即存在制约与被制约的关系.
并且工作站相互之间不能直接通信,不能进行软硬件资源的共享,使得网络工作效率降低.
当数据库系统和其他复杂的应用系统不断增加的时候,随着用户的增多,为每个用户服务的程序也增多,每个程序都是独立运行的大文件,用户感觉极慢,服务器逐渐"不堪重负",因此产生了客户机/服务器模式.
客户机/服务器局域网(Client/Server)由一台或多台专用服务器来管理控制网络的运行.

其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取,称为服务器,它将其他的应用处理工作分散到网络中由其他客户机去做,构成分布式的处理系统.
另外,该结构与专用服务器局域网不同的是客户机之间可以相互自由访问,所以数据的安全性有欠缺,服务器对工作站的管理存在困难.
但在客户机/服务器局域网中服务器负担相对较低,工作站的资源得到充分利用,网络的工作效率得到提高.
它适用于计算机数量多、位置分散、信息量较大的单位.

2.
按照介质访问控制方法分类从目前的介质访问控制方法发展情况来看,局域网可以分为以下2类:共享介质局域网(SharedLAN)、交换式局域网(SwitchedLAN).
如图4.
2所示为按照这种方法分类的局域网主要类型.
在传统共享介质局域网中,所有结点共享一条公共通信传输介质,不可避免地会发生冲突.
随着局域网规模的扩大,网中结点数不断增加,每个结点平均能分配到的带宽越来越少.
因此,当网络通信负荷加重时,冲突与重发现象将大量发生,网络效率将会急剧下降.
为了克服网络规模与网络性能之间的矛盾,人们将共享介质方式改为交换方式,从而促进了交换式局域网的发展.
交换式局域网的核心设备是局域网交换机,局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并行连接.
下面简单介绍3种网络类型.
图4.
2按照介质访问控制方法分类的局域网主要类型以太网(Ethernet,IEEE802.
3标准)是一种使用广泛、采用总线拓扑的网络技术.
最初的以太网使用称为以太(Ether)的同轴电缆作为传输媒介,多台计算机连接在这根电缆上,可以运行在10Mb/s的带宽上.
快速以太网(FastEthernet)运行在100Mb/s的带宽上,千兆位以太网运行在1000Mb/s或1Gb/s的带宽上.
令牌环网(TokenRing,IEEE802.
5标准)是一种星形环拓扑结构,其中数据以环形循环,网络物理布局是星形,它运行在单个共享介质上,其基本原理是利用令牌来避免网络中·50·的冲突,在任何时候,环上只有一个令牌.
为了发送数据,计算机必须等待令牌到来,在令牌到来后传输一帧数据,然后向下一台计算机传输令牌.
当没有计算机要发送数据时,令牌在环上高速循环.
它具有较好的抗干扰性,但是存在容易失效的缺点.
无线局域网(WirelessLAN,802.
11标准)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物.
它利用电磁波在空气中发送和接收数据,而不使用线缆介质.
和其他局域网技术一样,无线局域网也采用共享方式.
无线局域网中的所有计算机都使用相同的无线电频率,它们也必须轮流发送包.
数据传输速率可以达到11Mb/s和54Mb/s,传输距离可远至20km以上.
它是对有线联网方式的一种补充和扩展.
与有线网络相比,无线局域网具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展的优点.
4.
1.
4局域网的应用局域网提供的功能常被称为服务.
电子邮件是最常见的服务之一,其他服务也同样重要.
例如对高速的或贵重的外围设备的共享、信息共享、访问文件系统和数据库、分布控制等,其中文件服务是指使用文件服务器提供数据文件、应用(例如文字处理程序或电子表格)和磁盘空间共享的功能.
使用打印服务来共享网络上的打印机可以节省时间和资金.
邮件服务可以保证网络上的用户之间电子邮件的保存和传送.
为跟踪大型网络的运行情况,有必要使用特殊的网络管理服务.
网络管理服务可以集中管理网络,并简化网络的管理任务.

随着网络技术的不断发展,局域网已经被广泛应用到家庭、公司、校园、工厂等各个领域.
1.
个人计算机局域网个人计算机局域网的实现模式是客户机/服务器模式,以服务器为核心,其他个人工作站连接到服务器设备上,实现集中应用软件、数据和管理的目的.
服务器设备应具有高容量、高性能的要求,减轻工作站的存储功能,把主要的处理问题转到个人计算机上.
例如,一个公司包括公司的账户、职工情况、工资表等各种数据文件,每台个人计算机的资源有限,无法存储和运行全部数据,需要用一个服务器来完成用户的访问和共享,而且还可以共享一些较昂贵的设备资源(如激光打印机等),这样就使得局域网成本降低而功能增强.
2.
后端网络和存储区网络后端网络通常是指在一间机房或几个相连的房间内,将若干昂贵的大型机和海量存储设备进行互联,共享媒体并进行高速率和高可靠性的大批量数据的传送.
与后端网络有关的是存储区网络.
它是一个处理存储需求的单独网络,在高速网络上建立一个共享的存储设备,来完成特定服务器的存储任务.
3.
高速办公室网络计算机在办公室环境下的应用,最初只是用于会计计算,随后,应用于文字处理、文本处理等方面.
局域网在办公自动化中的应用,是通过快速存储、传送和检索信息来完成的,这样就大大增加了办公通信的能力,一方面改变了现有的办公通信方式,另一方面发展了全·51·新的信息处理策略的结构.
随着部门之间、上下级之间、客户和公司之间交流数据量的增多,数据类型的多样化,传统局域网的速度是远远不够的,所以新的需求要求高速办公系统来支持,例如无线局域网已经走进了办公室网络.
4.
主干局域网主干局域网是指在一座建筑或部门内使用低成本、低容量的网络,然后用高容量的局域网将它们互联起来的局域网.
主干局域网在规模上比主干网要小得多.
这里以主干网为例来说明主干局域网的应用.
目前,中国有4大主干网:中国公用计算机互联网(ChinaNET)、中国教育科研网(CERNET)、中国科技网(CSTNET)、中国金桥信息网(ChinaGBN).
ChinaNET(ChinaNetwork)是中国最大的国家主干网,也是国际上最大的Internet之一.
建成以后的ChinaNET是一个分层体系结构,由核心层、区域层和接入层3个层次组成,按全国自然地理分为北京、上海、华东、东北、西北等共8个大区,以及覆盖全国31个省会城市和直辖市的结点.
目前,各个省都建立了省内网并提供业务服务.
CERNET(ChinaEducationResearchNetwork)的主要目的是教学、科研和国际学术交流服务.
它是中国下一代互联网示范工程核心网的重要组成部分之一,是规模巨大的国家主干网.
由于CERNET的物理结构分为全国主干网、地区网和校园网3个层次,因而管理上也分为3个层次:个人用户或计算机连入校园网和Internet相连;校园网连入地区网和Internet相连;地区网通过主干网和Internet相连.
目前,全国已有数百所高等院校的校园网实现了和CERNET的连接,CERNET的潜在服务对象是全国1000多所高校和4万所中学的1.
5亿名师生.
CSTNET(ChinaScience&TechnologyNetwork)是在中国国家计算机与网络设施NCNFC(NationalComputingandNetworkingFacilityofChina)的基础上进一步建设和发展起来的覆盖全国的大型计算机网络,其主要目的是为教育、科研和一些政府部门服务.
CSTNET的网络中心设在中国科学院计算机网络信息中心,二级网络结点分布在全国各主要城市.

ChinaGBN(ChinaGoldenBridgeNetwork)也称为国家公用经济信息通信网.
它是中国国民经济信息化的基础设施,是建立金桥工程的业务网,支持金关、金税、金卡等"金"字头工程的应用.
目前,该网络已初步形成了全国骨干网、省网、城域网3层网络结构,其中骨干网和城域网已初具规模,覆盖城市超过100个.
5.
校园网前面说过,校园网实际上是隶属于CERNET的.
对于CERNET中终端用户的连接就是通过校园网来实施的.
顾名思义,校园网是为大学、中学、小学服务的网络.
现代化的学校建设发展离不开校园网的建设.
随着"校校通"工程的启动,出现了越来越多的校园网.
校园网的核心是面向校园内部师生的网络,园区局域网是该系统的建设重点,高速的网络连接是必不可少的首要条件.
校园网需满足不同层面的应用需求,包括多媒体应用(互联网访问、多媒体教学、电子图书馆、视频点播、学校网站、内部E-mail等)、信息管理(成绩统计、档案管理等)和远程通信(外部拨入、异地互联等)3大部分内容.
校园网的建设还必须考虑良好的可扩充性、应用的安全可靠性、操作的方便性以及较高的性价比.

·52·4.
2网络拓扑结构网络中各个结点相互连接的方法和形式称为网络拓扑(Topology).
由于已有多种局域网技术,因此可以通过对网络拓扑结构的分析来了解各个具体技术之间的相似性与区别性.
构成局域网络的拓扑结构有很多种,主要有总线拓扑、环形拓扑、星形拓扑以及混合拓扑.
4.
2.
1总线拓扑结构总线拓扑(BusTopology)网络通常由单根电缆组成,该电缆连接网络中所有结点,如图4.
3所示描绘了一种典型的总线拓扑结构.
在实际应用中,总线网络的末端必须被终止,否则电信号将在网络两端之间无休止地传输,这种现象称为信号反射,它将造成新的信号无法通过.
那么可以在总线网络末端使用一个50Ω称为终结器的电阻器,使信号到达目的地后终止.
任何连接在总线上的计算机都能通过总线发送信号,并且所有计算机都能接收信号.
由于所有连接在电缆上的计算机都能检测到电子信号,因此任何计算机都能向其他计算机发送数据.
当然,连接在总线网络上的计算机必须相互协调,必须保证在任何时候只有一台计算机发送信号,否则会发生冲突.
因此总线拓扑结构具有以下优点:布线容易、易于扩充.
总线网络虽然易于扩充但扩展性不佳.
由于受总线单信道的限制,一个总线网络上的结点越多,网络发送和接收数据就越慢,网络性能就越下降.
因此这种拓扑结构将限制局域网的规模.
而且由于总线网络不是集中控制的,故障检测需在网上各个结点之间进行,所以故障检测不容易.
容错能力较差是总线网络的另一个缺点,这是因为在总线上的某个中断或缺陷将影响整个网络.
因此,几乎没有一个网络运行在一个单纯的总线拓扑结构上,但可采用包括一个总线部分的混合拓扑结构.
4.
2.
2环形拓扑结构在一个环形拓扑(RingTopology)的网络中,每个结点与最近的结点相连接以使整个网络形成一个封闭的圆环,如图4.
4所示,数据绕着环向一个方向发送(单向).
每个工作站接收并响应发送给它的数据包,然后将其他数据包转发到环中的下一个工作站.
一个环形网络没有"终止端",数据到达目的地后停止继续发送,因而环形网络不需要终结器.
所谓环形拓扑是指计算机之间的逻辑连接而不是物理连接,这是很重要的,环形网络中的计算机不必安排成一个圆环.
事实上,环形网络中的一对计算机之间的电缆可以顺着过道或垂直地从大楼的一层到另一层.
另外,如果一台计算机远离环中其他计算机,那么连接远距离计算机的2根电缆可以有相同的物理路径.
图4.
3一种典型的总线拓扑结构图·53·图4.
4一种典型的环形拓扑结构图令牌传递(TokenPassing)是在环形网络上传送数据的一种方法.
在令牌传递过程中,一个3字节的称为令牌的数据报绕着环从一个结点发送到另一个结点.
令牌是一个特殊的数据帧,只有获得该令牌的站点才可以发送信息.
使用这种方法可以确保在任意时刻仅有一个工作站在发送数据.
环形拓扑结构的优点是容易协调使用计算机、易于检测网络是否正常运行.
但它的缺点是单个工作站发生的故障可能使整个网络瘫痪.
除此之外,与总线拓扑结构类似,参与令牌传递的工作站越多,响应时间也就越长.
因此,单纯的环形拓扑结构非常不灵活、不易于扩展.
当前的局域网几乎不使用单纯的环形拓扑结构,但可采用环形拓扑结构的变化形式,例如星形环拓扑结构.
4.
2.
3星形拓扑结构在一个星形拓扑(StarTopology)结构中,网络中的每个结点通过一个中心结点,如集线器(HUB)连接在一起.
典型的集线器包括了这样一种电子装置,它从发送计算机接收数据并把数据传送到合适的目的地.
如图4.
5所示描绘了一种典型的星形拓扑结构.
在一个星形网络中任何单根电线只连接2个设备,例如一个工作站和一个集线器.
因此,电缆问题最多影响2个结点.
图4.
5一种典型的星形拓扑结构图·54·实际上,几乎没有哪种集线器与所有计算机像星形网络那样都有相同的距离.
相反,集线器通常安放在与所连计算机相分离的地方.
例如,计算机安置在各个办公室内,而集线器由网络管理员保管.
星形拓扑结构需要的电缆和配置比环形和总线网络多,发生故障的单个电缆或工作站不会使星形网络瘫痪.
但是,一个集线器出现故障将导致一个局域网段的瘫痪.

由于采用了中央结点,星形拓扑结构很容易移动、隔绝或与其他网络的连接,因而具有良好的扩展性.
星形拓扑结构是局域网中很流行的基本体系结构.
通常,单个星形网络通过集线器和交换机与其他网络互联形成更复杂的拓扑结构.
在现代的以太网中,星形拓扑结构的使用很广泛.
4.
2.
4其他拓扑结构另外,还有以上3种基本拓扑结构的变形或混合形式的拓扑结构.
树形拓扑是从总线拓扑演变过来的,形状像一棵倒置的树,顶端有一个带分支的根,每个分支还可延伸出子分支.
这种拓扑和带有几个段的总线拓扑的主要区别在于根的存在.
树形拓扑具有易于扩展和故障隔离的优点,缺点是对根的依赖性太强.
使用简单的拓扑结构形成复杂的组合称为混合拓扑结构.
常见的有星形环、星形总线等.
星形环拓扑结构将星形的物理布局与令牌环传递的数据传输方法联合使用,如图4.
6所示描述了这种体系结构.
其中,实线代表物理连接,虚线代表数据流.
这种混合拓扑结构的优点包括星形拓扑结构的容错性和令牌传递的可靠性.
星形总线结构则混合了星形和总线构造.
在星形总线拓扑结构中,工作站以星形连接到集线器上,然后通过单根总线联网,如图4.
7所示描述了这种结构.
这种结构的覆盖面较大,易于与其他网段互联或隔离.
缺点是这种结构的投资成本较高.
星形总线拓扑结构是组成以太网和快速以太网的基础.
图4.
6一种典型的星形环拓扑结构图图4.
7一种典型的星形总线拓扑结构图4.
3三种重要的局域网4.
3.
1高速局域网以太网和令牌环网等属于传统的局域网,它们的传输速率较低,有别于高速局域网.
随·55·着通信技术的发展以及用户对网络带宽需求的增加,例如分布计算、多媒体应用、企业联网和部门之间的联网,原有的10Mb/s传输速率LAN已难以满足通信要求,从而对更高传输速率的LAN产品提出了迫切需求.
高速局域网的主要应用包括:高速LAN主干网;高性能计算环境,如基于高性能并行接口HIPPI协议LAN接口的多计算机系统;桌面多媒体系统,如多媒体会议系统;分布计算和工作站,如客户机/服务器模式的分布计算,其中网络性能是分布计算的关键,如对10亿次计算能力的系统需要几千兆位每秒的网络传输速率以及延迟很小的通信.
还有像可视化计算、实时处理仿真、CAD/CAM、在线事务处理等应用也需要高速局域网的支持.
常见的高速局域网有FDDI网、快速以太网、千兆位以太网、交换式局域网、ATM网、无线局域网等.
这里主要介绍前面3种.
1.
FDDI网络光纤分布数字接口(FiberDistributedDataInterconnect,FDDI,IEEE802.
8标准)是一种以100Mb/s速率传输数据的令牌环技术,它用光纤代替铜缆连接计算机,比IBM令牌环网快8倍,比以太网快10倍.
FDDIⅡ是2型光纤分布数据接口,FFOL(FDDIFollowOnLAN)是增强LAN的FDDI,其传输速率更高.
针对令牌环网存在容易失效的缺点,FDDI能够克服严重错误——使用冗余来克服错误.
一个FDDI网络包含2个完整的环——当所有的器件都正常工作时使用一个环发送数据,只有当第一个环失效时才会用到另一个环.
FDDI网络带宽大,适于用做连接多个局域网的主干网.
2.
快速以太网FDDI曾被认为是新一代的LAN,但是除了在主干网市场外,FDDI很少被使用,其原因在于FDDI协议过于复杂,从而导致FDDI协议芯片复杂且价格昂贵.
它的这个缺点使它的市场占有量受到了很大影响.
由于FDDI的不普及,为向传输速率在10Mb/s以上的LAN发展预留了一个空间.
1993年,40多家网络厂商加入高速Ethernet联盟,合作开发高速以太网.
1995年,IEEE正式通过100Base-T标准,称之为快速以太网标准,其名称中的"快速"是指数据传输速率可以达到100Mb/s,是标准以太网数据传输速率的10倍.
快速以太网仍是一种共享介质技术.
它可以在交换式快速以太网中为每个端口提供100Mb/s的带宽.
3.
千兆位以太网千兆位以太网是近年来为适应用户对网络带宽的需求推出的高速局域网技术.
它在局域网组网技术上与ATM形成竞争格局.
它的数据传输速率为1000Mb/s(1Gb/s,故也称为GigabitEthernet).
为了保证网络稳定可靠地运行,千兆位以太网引入了载波扩展(CarrierExtension)与分组猝发(PacketBurst)传输技术.
千兆位以太网与快速以太网相比,有其明显的优点.
它的速度是快速以太网的10倍,但其价格只为快速以太网的2~3倍.
而且千兆以太网可与以太网和快速以太网兼容,从现有的传统以太网与快速以太网可以平滑地过渡到千兆位以太网,并不需要掌握新的配置、管理与故障排除技术.
随着千兆以太网交换机的投入使用,有望解决长期困扰网络的主干拥挤问题.
千兆位以太网可以将现有的10Mb/s以太网和100Mb/s快速以太网连接起来,现有的100Mb/s以太网可通过1000Mb/s的链路与千兆位以太网交换机相连,从而组成更大容量的主干网,这种主干网可以支持大量的交换式和共享式的以太网段.
用千兆位以太网取代FDDI,将获得10倍于FDDI·56·的带宽.
千兆以太网虽然在数据、话音、视频等实时业务方面还不能提供真正意义上的服务质量(QOS)保证,但千兆位以太网的高带宽能克服传统以太网的一些弱点,提供更高的服务性能.

4.
3.
2虚拟局域网近年来,随着交换式局域网技术的飞速发展,交换技术将共享介质改为独占介质,大大提高了网络传输速度.
交换局域网结构逐渐取代了传统的共享介质局域网.
VLAN(VirtualLAN,虚拟局域网)并不是一种新型局域网,它只是为用户提供的一种服务,其技术基础是交换局域网.
如果将网络上的结点按工作性质与需要,划分成若干个"逻辑工作组",那么一个逻辑工作组就是一个虚拟网络.
虚拟局域网的概念是从传统局域网引申出来的.
虚拟局域网在功能的操作上与传统局域网基本相同,它们的主要区别在于"虚拟"二字上,即虚拟局域网的组网方法与传统局域网不同.
虚拟局域网的一组结点可以位于不同的物理段上,但是它们并不受结点所在物理位置的束缚,相互之间的通信就像在一个局域网中一样.
虚拟局域网可以跟踪结点位置的变化,当结点的物理位置改变时,无须人工进行重新配置.
因此,虚拟局域网的组网方法十分灵活.

可以看出VLAN具有如下优点:安全性、灵活性、网络分段.
如图4.
8所示给出了典型的虚拟局域网的物理结构与逻辑结构,其中图4.
8(a)给出了VLAN的物理结构,图4.
8(b)给出了VLAN的逻辑结构.
(a)VLAN的物理结构(b)VLAN的逻辑结构图4.
8典型的虚拟局域网的物理结构与逻辑结构概括地说,VLAN具有如下特点:(1)VLAN的覆盖范围与地理位置无关,VLAN的站点可位于城市的不同区域、不同省·57·市,乃至不同国家.
在一个大的支持VLAN的实际网络上,借助于网络管理软件,可方便地构建或重构VLAN.
(2)VLAN建立在交换网络的基础上,交换设备包括以太网交换机、ATM交换机、宽带路由器等.
VLAN同时也具有交换网络高速、灵活等特点.
(3)VLAN比一般的局域网有更好的安全性.
虚拟局域网能有效地防止网络的广播风暴,一个VLAN的广播风暴不会影响到其他VLAN.
(4)VLAN属于OSI参考模型中的第2层和第3层技术.
4.
3.
3无线局域网1.
无线局域网的定义无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)是一种在不采用传统电缆线的同时,提供传统有线局域网的所有功能的无线网络.
无线局域网的基础还是传统的有线局域网,是有线局域网的扩展和替换.
它在有线局域网的基础上通过无线路由器(AccessPoint,AP)、无线网卡等设备使无线通信得以实现.
相比传统有线局域网,无线局域网采用的传输媒体不是双绞线或者光纤,而是红外线或无线电磁波等.
图4.
9给出无线局域网的一种网络拓扑图.
图4.
9无线局域网的网络拓扑图2.
无线局域网的优点和不足相比有线局域网,无线局域网的优点有:(1)安装便捷.
随着企业及网络应用环境的不断更新、发展,原有的企业网络需重新布局,重新安装网络线路.
电缆本身成本加上请技术人员来配线的成本很高,尤其是陈旧的大楼,配线工程费用就更高了.
因此,架设无线局域网络就成为组建局域网的最佳解决方案.

(2)网络终端位置灵活、可移动.
在有线网络中,网络设备的安放位置受网络位置的限制,而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络,连接到无线局域网的时可移动且能同时与网络保持连接.
·58·(3)故障定位容易.
铺设电缆或检查电缆是否断线是局域网管理主要工作之一,其特点是耗时、很容易令人烦躁,不易在短时间内找出断线之处.
无线网络则很容易定位故障,只需更换故障设备即可恢复网络连接.
但是,无线局域网在给网络用户带来便捷和实用的同时,也有它的不足之处:(1)传输容易受干扰.
无线局域网是依靠无线电波进行传输的.
无线电波通过无线发射装置进行发射,遇到建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输,从而影响网络的性能.
(2)传输速率低.
无线信道的传输速率比有线信道要低得多.
无线局域网的最大传输速率为1Gb/s,一般只适合于个人终端和小规模网络应用.
(3)容易被监听.
本质上,无线电波不要求建立物理的连接通道,无线信号是发散的.
从理论上讲,很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号,造成通信信息泄露.

4.
4传输介质概述4.
4.
1双绞线双绞线TP(TwistedPair)是目前使用最广,价钱相对便宜的一种传输介质.
它由2条相对绝缘的铜导线组成,其中导线的典型直径为1mm(在0.
4~1.
4mm之间).
这2条线扭绞在一起,可以减小邻近线之间的电气干扰,因为2条平行的金属线可以构成一个简单的天线,而双绞线则不会.
由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆.
双绞线对可以并排放在保护套中.
目前,双绞线电缆广泛应用于电话系统.
几乎所有的电话机都是通过双绞线接到电话局的.
在双绞线中传输的信号在几千米的范围内不需放大,但采用一个中继器放大信号可以使它跨越更远的距离(不如同轴电缆传得远).
双绞线既可以传输模拟信号,又能传输数字信号.
在用双绞线传输数字信号时,其数据传输率与电缆的长度有关.
距离短时,数据传输速率可以高一些.
在几千米的范围内,双绞线的数据传输速率可达10Mb/s,甚至100Mb/s,因而可以采用双绞线来构成经济的计算机局域网.
由于双绞线的技术和标准都是比较成熟的,价格也比较低廉,而且双绞线电缆的安装也相对容易,因此双绞线电缆是目前局域网中最通用的电缆形式.
因为它灵活、易于安装,双绞线电缆能轻易地应用于多种不同的拓扑结构中,但更经常地应用于星形拓扑结构中.
此外,双绞线电缆能应付当前所采用的更快的网络传输速率.
由于双绞线电缆的广泛使用,它有可能被应用于不久将出现的传输速率更快的网络中.
双绞线电缆的最大缺点是对电磁干扰比较敏感.
另外,双绞线电缆还有一个缺点,那就是由于其灵活性,它比同轴电缆更易遭受物理损害.
相对于同轴线带来的好处,这个缺点是一个可以忽略的因素.
对于双绞线的定义有2个主要来源:一个是EIA(电子工业协会)的TIA(远程通信工业分会),即通常所说的EIA/TIA;另一个就是IBM.
EIA主要负责"Cat"(即"Category")系列非屏蔽双绞线标准;IBM主要负责"Type"系列屏蔽双绞线标准,如IBM:Type1、Type2等.
严格地说,电缆标准本身并未规定连接双绞线电缆的连接器类型,然而EIA和IBM都定义了双绞线的专用连接器.
对于Cat3、Cat4和Cat5来说,应该使用RJ-45(4对8芯).
而对·59·于Type1电缆来说,则应该使用DB9连接器.
大多数以太网在安装时使用基于EIA标准的电缆,而大多数IBM及令牌环网则倾向于使用符合IBM标准的电缆.
下面说明EIA/TIA电缆规格.
(1)Cat1:适用于电话和低速数据通信.
(2)Cat2:适用于ISDN及T1/E1、支持高达16MHz的数据通信.
(3)Cat3:适用于10Base-T或100Mb/s的100Base-T4,支持高达20MHz的数据通信.
(4)Cat5:适用于100Mb/s的100Base-TX和100Base-T4,支持高达100MHz的数据通信.
随着千兆位以太网的发展又出现了超五类、六类线缆,在此就不做介绍了.

所有的双绞线电缆可以分为2类:屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair,STP)和非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPaired,UTP).
1.
屏蔽双绞线顾名思义,屏蔽双绞线电缆中的缠绕电线对被一种金属(如箔)制成的屏蔽层所包围,而且每个线对中的电线也是相互绝缘的.
一些屏蔽双绞线电缆使用网状金属屏蔽层.
这些屏蔽层如同一根天线,将噪声转变成直流电,该直流电在屏蔽层所包围的双绞线中形成一个大小相等、方向相反的直流电.
屏蔽层上的噪声与双绞线上的噪声反相,从而使得两者相抵消.

如图4.
10所示为屏蔽双绞线电缆的结构示意图.
图4.
10屏蔽双绞线电缆的结构示意图2.
非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线电缆包括一对或多对由塑料封套包裹的绝缘电线对.
如其名字所示,UTP没有用来屏蔽双绞线的额外的屏蔽层.
因此,UTP比STP更便宜,抗噪性也相对较低.
IEEE将UTP电缆命名为10BaseT,其中"10"代表最大数据传输速率为10Mb/s,"Base"代表采用基带传输方法传输信号,"T"代表UTP.
可以看出屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的主要不同是增加了一层金属屏蔽护套.
这层屏蔽护套的主要作用是为了增强其抗干扰性,同时可以在一定程度上改善其带宽,但缺点是价格比非屏蔽双绞线贵,安装也比较困难.
如图4.
11所示为非屏蔽双绞线电缆的结构示意图.
4.
4.
2光纤光导纤维简称为光纤.
在它的中心部分具有一根或多根玻璃纤维,通过从激光器或发光二极管发出的光波穿过中心纤维来进行数据传输.
在光纤的外面是一层玻璃,称为包层.
它图4.
11非屏蔽双绞线电缆的结构示意图·60·如同一面镜子,将光反射回中心,反射的方式根据传输模式的不同而不同.
在包层外面通常会存在一个第三层——涂敷层,它是用来保护整个光纤结构的.
涂敷层的材料与纤芯和包层都不同.
它对光纤非常脆弱的纤芯包层结构起着主要的保护作用,没有它,安装人员和使用人员根本无法操作光纤.
如图4.
12(a)所示为光纤结构示意图,如图4.
12(b)所示为一卷实际裸光纤.
(a)光纤结构示意图(b)一卷实际裸光纤图4.
12光纤图光缆也存在许多不同的类型,按照光纤内能传输的电磁场的总模式的数量可以分为:单模光纤和多模光纤.
单模光纤携带单个频率的光将数据从光缆的一端传输到另一端.
单模光纤很昂贵,且需要激光光源,但其传输距离非常远,同时能获得非常高的数据传输速率.
目前在实际中用到的光纤系统能以2.
4Gb/s的数据传输速率传输100km,而且不需要中继,而在实验室里,则可以获得更高的数据传输速率.
多模光纤可以在单根或多根光缆上同时携带几种光波,虽然多模光纤相对来说传输距离要短些,而且数据传输速率要小于单模光纤,但多模光纤的优点在于价格便宜,并且可以用发光二极管作为光源.
这种类型的光缆通常用于数据网络.
如图4.
13所示为单模光纤和多模光纤传导示意图.
(a)单模光纤(b)多模光纤图4.
13单模光纤和多模光纤传导示意图光纤支持的带宽很宽,因为它们仅仅受光的高频光子特性的限制,而不受电信号的低频特性限制.
光纤通信的优点是频带宽、传输容量大、重量轻、尺寸小、不受电磁干扰和静电干扰、无串音干扰、保密性强、原料丰富、生产成本低.
因此,由多条光纤构成的光缆已成为当前主要发展的传输介质.
4.
4.
3无线介质信息时代的人们对信息的需求是无止境的.
很多人需要随时与社会或单位保持在线连接,对于这些移动用户,双绞线、同轴电缆和光纤都无法满足他们的要求.
他们需要利用笔记本电脑、掌上电脑随时随地获取信息,而无线介质可以帮助解决上述问题.

无线介质是指信号通过空气传输,信号不能约束在一个物理导体内.
无线介质实际上就是无线传输系统,主要包括无线电波、微波、红外、RF和卫星通信等.
(1)无线电波.
大气中的电离层具有离子和自由电子的导电层,无线通信就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射,或电离层与地面的多次反射而到达接收端的一种远距离·61·通信方式.
无线通信使用的频率一般在3MHz~1GHz.
电离层的高度在地面以上数十千米至百千米,可分为各种不同的层次,并随季节、昼夜以及太阳活动的情况而发生变化.
由于电离层的不稳定性,因而无线通信与其他通信方式相比,在质量上存在不稳定性.

无线电波的传播特性与频率有关.
在低频上,无线电波能轻易地绕过一般障碍物,但其能量随着传播距离的增大而急剧递减.
在高频上,无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡,还会被雨水吸收.
而对于所有频率的无线电波,都很容易受到其他电子设备的各种电磁干扰.

中、低频无线电波(频率在1MHz以下)沿着地球表面传播,如图4.
14(a)所示.
在这些波段上的无线电波很容易穿过一般建筑物.
用中、低频无线电波进行数据通信的主要问题是,它们的通信带宽较低.
高频和超高频(频率在1MHz~1GHz之间)无线电波将被地球表面吸收,但是到达离地球表面100~500km高度的电离层的无线电波将被反射回地球表面,如图4.
14(b)所示.
因此可以利用无线电波的这种特性来进行数据通信.
(a)无线电波沿地表传播(b)无线电波被电离层反射图4.
14无线电波的传播(2)微波.
对于频率在100MHz以上的无线电波,其能量将集中于一点并沿直线传播,这就是微波.
可以通过抛物状天线将微波的能量集中,从而获得极高的信噪比.
微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式.
使用的频率一般在1~20GHz.
虽然微波是频率较高的无线电波,但它们的性质并不相同.
与无线电波向各个方向传播不同,微波传输集中于某个方向,可以防止他人截取信号.
而且,微波传输承载的信息比RF更多.
但是,微波不能穿透金属结构.
微波传输在发送器和接收器之间存在无障碍的通道时,工作得很好.
因此,绝大多数微波装置都设有高于周围建筑物和植被的高塔,并且其发送器都直接朝向对方高塔上的接收器.
微波通信按所提供的传输信道可分为模拟和数字2种类型,分别简称为"模拟微波"与"数字微波".
利用模拟微波的一个话路来传输数字信号时,其数据传输速率可达9.
6kb/s;而利用数字微波的一个话路传输数字信号时,其数据传输速率为64kb/s.
利用数字微波的一个群路来传输数字信号时,可以获得更高的数据传输率.
微波通信在传输质量上比较稳定,但微波在雨雪天气时会被吸收,从而造成损耗.
它是当前长途通信方面的一种重要的手段.
微波通信的缺点是保密性不如电缆和光缆好,对于保密性要求比较高的应用场合需要另外采取加密措施.
目前,数字微波通信被大量运用于计算机之间的数据通信.
(3)红外.
红外网络使用红外线通过空气传输数据,电视和立体声系统所使用的遥控器·62·是利用红外线(Infrared)来进行通信的.
网络可以使用2种类型的红外传输:直接或间接.
目前,由于红外线局限于一个很小的区域(比如在一个房间内)并且通常要求发送器直接指向接收器,所以直接红外传输主要用于同一房间中设备间的通信.
红外硬件与采用其他机制的设备比较相对便宜,且不需要天线.
例如,为一个大房间配备一套红外连接以使该房间内的所有计算机在房间内移动时仍能和网络保持连接.
又如,无线打印机连接使用直接红外传输,比如与掌上型计算机保持某些同步特性.
在所有商用台式计算机上的红外端口几乎都是标准的.
红外路径传输数据的速率可以与光缆的吞吐量相匹敌,已证明红外传输速率可达到100Mb/s.
它所能跨越的距离可以达到1000m,几乎与多模光缆接近.
(4)RF.
RF(RadioFrequency,射频)传输是指信号通过特定的频率来传输,传输方式与收音机或电视广播相同.
它与使用导线或光纤的网络不同,使用RF传输的网络并不要求在计算机之间有直接的物理连接.
每个计算机都带有一个天线,经过它发送和接收RF.
RF网络所用的天线在物理上可大可小,取决于所需的接收范围.
例如,用于穿越城镇在几千米范围内传播信息的天线可能需要一个垂直安装在建筑物顶上的近2m的金属杆,而一个只要求在大楼中通信的天线可以小到足以安装在笔记本电脑内(小于20cm).
在某些频率点,RF能穿透墙壁,从而对于必须穿过或绕过墙、天花板和其他障碍物传输数据的网络来说,RF是一种最好的无线解决方案.
这一特性也使得大部分类型的RF传输易于被窃听.
因此,RF不应用于数据保密性高的环境中.
除此之外,RF也非常易受到干扰影响.
4.
4.
4几种介质的比较双绞线的技术和标准都是比较成熟的,安装相对容易,价格也比较低廉.
因此,双绞线电缆是目前局域网中最通用的电缆形式.
它的最大缺点是对电磁干扰比较敏感;另外,它比同轴电缆更易遭受物理损害.
单模光纤的数据传输速率更高,传输的距离更远,但是这种光纤的开销太大.
多模光纤相对来说传输的距离要短些,而且数据传输速率要小于单模光纤,但多模光纤的优点在于价格便宜,并且可以用廉价的发光二极管作为光源.
无线电波的优点在于易于产生,容易穿过建筑物,传播距离可以很远,但存在的严重问题是,在所有的频率中,无线电波都易受到电磁的干扰,而且无线通信与其他通信方式相比,在质量上存在不稳定性.
微波通信在传输质量上比较稳定,但微波在雨雪天气时会被吸收,从而造成损耗.
它是当前长途通信方面的一种重要的手段.
微波通信的缺点是保密性不如电缆和光缆好.

红外网络对小型的便携计算机尤为方便,因为红外技术提供了无绳连接.
这样,使用红外技术的便携计算机可将所有的通信硬件放在机内,但它在传输距离方面还有待提高.