任务五 局域网技术
1．局域网的定义
局域网是一种局部范围内传递信息和共享资源的网络系统。美国电气电子工程师协会(IEEE)对局域网的定义为:局域网中的数据通信被限制在几米至几千米的地理范围内，例如，一幢办公楼、一座工厂或一所学校，能够使用具有中等或较高数据传输速率的物理信道，并且具有较低的误码率，由单一组织机构所使用。这一定义确定了局域网在地理范围、经营管理规模和数据传输速率等方面的主要特征。
2．局域网的特点
(1)它是范围局限的网络。局域网覆盖的地理范围通常在几米至几千米范围内，是一个相对较小的范围，但并非严格定义，一个办公室网络或一个园区网络都可以是局域网。
(2)它是高速传输的网络。局域网的数据传输速率很高，通常在10 Mbps～1 000 Mbps之间，吉比特的局域网也已经出现。
(3)它是高可靠性的网络。局域网的数据传输误码率较低，一般为10－8～10－11，而且具有较短的延时。局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输介质，从而提高了数据传输质量。
(4)它是私有化管理的网络。局域网通常由一个单位或组织拥有，易于安装、组建、维护和管理，具有较好的灵活性。
(5)它是开放的网络。局域网支持“点对点”和“点对多点”的通信，允许不同型号、不同厂家的各种类型计算机以及低速或高速的外部设备连入局域网，实现数据通信和网络资源的共享。同时，局域网还可支持多种传输介质，如同轴电缆、双绞线、光纤和无线传输等。
(6)它是高性价比的网络。局域网的协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。
3．局域网的应用模式
局域网的应用模式主要有对等网模式和客户端/服务器模式。
1)对等网模式
在对等网模式中，相连的计算机系统之间彼此处于同等地位，没有主从之分，故称为对等网络(Peer to Peer Network)。在这种模式下，所有计算机都可以既作为服务器，同时又作为客户端。当某计算机访问其他计算机时，它就充当客户端的角色;此时，它可能也在为其他计算机提供服务，那么它也充当服务器的角色。计算机之间能够相互共享资源，共享网络中各计算机的存储容量和具有的处理能力。对等网的组建和维护比较容易，且成本低，结构简单;但文件存储分散，数据保密性差，而且不易升级。对等网模式如图1-49所示。
图1-49 对等网模式
对等网的优点是组建和维护容易;网络投资较少;所有计算机地位平等，没有从属关系，没有特定的服务器;可实现低价格组网，是建立小型网络的首选;设置方便，使用简单;用户可通过设定密码对共享资源进行安全保护和控制;安全性验证在本地计算机中进行。缺点是数据的保密性差;由于资源共享，为网络中的计算机带来了额外的负担;文件的存放分散，没有一个统一的地方保存一些重要文件;缺乏统一的组织和管理，且用户数通常小于10个。
对等网模式中的计算机一般不区分所安装的操作系统版本。
2)客户端/服务器模式
客户端/服务器(Client/Server)模式由一台或多台专用服务器管理控制网络的运行。该模式可使所有客户端共享服务器的软硬件资源，而且客户端之间也可以相互自由访问。但是，共享文件和数据一般全部都集中存放在服务器上，数据处理任务主要由服务器完成，提高了网络的工作效率。通常，这种组网方式适用于计算机数量较多，位置相对分散，信息传输量较大的场合。客户端/服务器模式如图1-50所示。
图1-50 客户端/服务器模式
客户端/服务器模式的优点是具有统一的文件存储，允许在相同的数据基础上工作，并方便备份关键的数据，数据的保密性很强;可将软硬件集中到一起来使用，降低了总体的费用;可共享一些价格较为昂贵的设备，如彩色激光打印机等;可以严格地对每一个用户设置访问权限，具有很高的安全性能;用户只需要输入安全密码登录服务器就可以共享网络中的所有可共享资源，使用户从对等网的共享资源管理工作中解脱出来;易于管理大量的用户，通过集中化管理，可避免数据分散在不同的计算机中。缺点是需要一台较高配置的计算机作为服务器，增加了网络的投资;在服务器上需要安装所需的网络操作系统，与单机操作系统相比，网络操作系统的价格要高得多;一般至少需要一名专职的网络管理人员。
客户机/服务器模式中一般要求在服务器端安装服务器版本的操作系统，如Windows Server 2003等;在客户端安装客户端版本的操作系统，如Windows XP或Vista等。
4．局域网的介质访问控制
传统的局域网是“共享”式局域网。在共享式局域网中，局域网的传输介质是共享的，所有节点都可以通过共享介质发送和接收数据，但不允许两个或多个节点在同一时刻同时发送数据，否则将会产生两个以上信号重叠干扰的冲突，使数据不能正确地传输和接收，如图1-51所示。为此，需为网络中的数据传输制定一套通信规则，即介质访问控制(Medium Access Control，MAC)。
图1-51 “共享”冲突
介质访问控制主要有以分布式控制模式为主的轮循方法和以集中式控制模式为主的争用方法两种。局域网的拓扑结构不同，所采用的介质访问控制也不同。常用的介质访问控制有以太网中的带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)和令牌环网中的令牌传递(Token Passing)。
5．局域网的参考模型
局域网的标准化工作，就是在平衡软、硬件差异的基础上，使不同生产厂商的局域网产品之间能有更好的兼容性，以适应各种不同类型计算机组网的需求，并有利于产品成本的降低。国际上从事制定和颁布局域网标准的机构主要有国际标准化组织(ISO)，美国电气电子工程师协会(IEEE)的802委员会、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)、美国国家标准化协会(ANSI)等。
IEEE在1980年2月成立的局域网标准委员会(简称IEEE 802委员会)是专门从事局域网标准化工作的组织中最有影响力的，其中对局域网的发展最具贡献的是制定和颁布了IEEE 802标准系列，即局域网参考模型。该标准已于1984年3月被ISO接受成为国际标准，称为ISO 802标准。
遵循OSI参考模型的原则，IEEE 802标准主要是解决局域网低三层的功能。802标准仅包括OSI参考模型最低两层的功能，由于局域网内部大多采用共享信道的技术，所以局域网通常不单独设立网络层，局域网的高层功能则由具体的局域网操作系统来实现。OSI模型的数据链路层功能，在局域网模型中被分成介质访问控制(MAC)和逻辑链路控制(Logical Link Control，LLC)两个子层，如图1-52所示。
图1-52 局域网参考模型
对于局域网而言，物理层是必需的，它负责处理机械、电气、功能和过程方面的特性，以建立、维持和撤销物理链路;数据链路层也是必需的，它负责把不可靠的传输信道改成可靠的传输信道，采用差错检测和帧确认技术，传送带有校验的数据帧。
逻辑链路控制层(LLC)主要提供一个或多个相邻层之间的逻辑接口，称为服务访问点(SAP)，负责帧的接收、发送及流量控制功能;介质访问控制层(MAC)完成带有地址字段和差错校验字段帧的封装与拆分工作，进行差错控制，选择媒体访问控制方式，管理链路上的通信等功能;物理层负责物理连接和在媒体上传输比特流。
局域网技术的飞速发展使局域网在传输介质的使用、介质访问控制方式以及数据链路控制方法等方面呈现出多样化，为了使不同系统能相互交换信息，IEEE 802委员会设置了多个分管委员会，分别制定了不同系列的局域网协议标准，并得到了国际标准化组织(ISO)的认可。
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