计算机网络局域网技术及应用

信息技术　计算机网络局域网技术及应用　刘宏　（陕西宇航科技工业公司　陕西西安　７　１　００２５）　摘要：本文介绍了局域网的基本概念以及局域网使用的传输媒体，目前企业蛆建局域网常用的局域同技术及其应用，包括ＣＳＭＡ／ＣＤ媒体　访问控制，共享以太网、交换以太网、快速以太网．千兆以太网，对企业组建局域网提出了一些建议。　关键词：局域网　ＣＳＭＡ／ＣＤ　以太网　企业网　中图分类号：ＴＰ３９３．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－３７９１（２０１０）０４（ｂ）－００２４－－０２　１局域网的基本概念　局域网（ＬＡＮ一一Ｌ０ｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒ　前，必须侦听媒体是否处于空闲状态。多路　口。结点则通过网卡上的ＲＪ４５插日经双绞　访问：多个结点可以同时访问媒体，通过竞　线接入ＨＵＢ，形成星形拓扑结构。多个集线　ｋ）是指覆盖范围仅限于有限区域的通信子　争确定占用媒体的结点。一个结点发送的　网，有时也被称为区域网络。局域网是将分　信息帧可以被多个结点所接收，通过地址　散在有限地理范围内（如一栋大楼，一个部　（单地址访问、组地址访问和广播地址访问）　门）的多台计算机通过传输媒体连接起来　来确定信息帧的接收者。　的通信网络，通过功能完善的网络软件，实　冲突检测：发送结点在发出信息帧的　现计算机之间的相互通信和共享资源。　同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突　局域网定义为：允许中等地域内的众　（同一时刻，其它结点是否也在发送信息，　多设备，通过中等速率的物理信道，直　此时，信息在媒体上的重叠将使得接收结　接互连通信的数据通信系统。　点无法获得正确的接收结果）。ＩＥＥＥ８０２．３或　者ＩＳＯ　８８０２／３定义了ＣＳＭＡ／ＣＤ的标准。　２局域网的逻辑结构及相关标准　ＣＳＭＡ／ＣＤ的特点如下。　局域网是一类通信子网，主要支持结　（１）各结点采用竞争的方法抢占对共享　点之间的信息传输，其工作主要集中在ＩＳＯ　媒体的访问权利。　ＯＳＩ／ＲＭ中物理层、数据链路层和网络层。　（２）网络维护方便，增／删结点容易。　由于局域网具有许多不同的类型，不同类　（３）轻负载（结点少，或者信息发送不频　型的局域网在传输媒体使用及访问控制方　繁）时，效率较高；重负载时，冲突概率增加，　法等方面具有各自的特点，具有不同的应　难以估计最坏情况下的发送延迟（抢占到　用背景。为了规范ＬＡＮ的设计，ＩＥＥＥ的８０２　媒体访问权利的时间）。统计表明，如果负　委员会针对各种局域网的特点，并且参照　载超过信息容量的７０％时，网络性能将急剧　ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型，制定了有关局域网的标　下降。　准（称为ＩＥＥＥ　８０２系列标准），该组标准中的　（４）重负载时难以估计最坏情况下的发　一部分已被ＩＳＯ所采纳，对应的ＩＳＯ标准为　送延迟的特点，使得ＣＳＭＡ／ＣＤ方式不适合　ＩＳＯ　８８０２系列标准。　对实时性要求较高的应用环境。　由于局域网采用广播方式发送信息（这　３。２以太网（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）　种方式有时也称为媒体共享），一个结点发　以太网是以ＣＳＭＡ／ＣＤ方式工作的典　出的信息可为网中所有结点所接收，不需　型网络，最初的以太网采用无源传输媒体　要路由功能，因此局域网中可以省略　轴电缆作为总线传输信息，并以历史　的网络层功能，而将排序、流量控制等部分　上用于表示传播电磁波的物质（以太——　功能归并到数据链路层解决。由于局域网　Ｅｔｈｅｒ）来命名。　中存在多种传输媒体类型，以及多种解决　因为ＤＩＸ仅涉及ＯＳＩ的低二层，因此，凡　媒体共享的控制方法，所以将局域网的数　是低二层设计遵循ＤＩＸ规范的ＬＡＮ都被称　据链路层分为两个子层加以考虑，分别为　为以太网。　逻辑链路控制子层（ＬＬＣ）和媒体访问控制　以太网技术发展很快，已经出现了多　子层（ＭＡＣ）。　种形式的以太网。不同的以太网采用不同　的传输媒体、具有不同的数据传输速率，支　３常用的局域网技术　持不同的最大网段距离，并且具有不同的　３。１载波侦听多路方向／冲突检测（ＣＳＭＡ／　物理拓扑结构。以太网可以分成基于共享　ＣＤ）　式集线器（ＨＵ　Ｂ）的以太网，基于交换式集　载波侦听多路访问／冲突检￣ＩＩ（ＣＳＭＡ／　线器（Ｓｗｉｔｃｈ）的以太网，基于全双工交换器　ＣＤ）是目前占据市场份额最大的局域网技　的以太网，快速以太网，千兆以太网。　术。ＣＳＭＡ／ＣＤ是一种总线结构的网络。　３．３基于共享式集线器（ＨＵＢ）的以太网　ＣＳ－ＭＡ／ＣＤ采用分布式控制方法，附接总　集线器（ＨＵＢ）最初是一种无源耦合器，　线的各个结点通过竞争的方式，获得总线　类似于整个总线“浓缩”到ＨＵＢ中的一点。　的使用权。只有获得使用权的结点才可以　由于ＨＵＢ是总线的“浓缩”，因此，附接ＨＵＢ　向总线发送信息帧，该信息帧将被附接总　端口的结点共享ＨｕＢ的带宽。ＨＵＢ在支持　线的所有结点感知。　结点接人的同时，也提供信号整形、放大的　载波侦听：发送结点在发送信息帧之　功能。ＨＵＢ一般具有８个或１６个８针ＲＪ一４５端　２４　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　器可以串接在一起，形成较多结点的共享　网络。　共享式集线器虽然在布线、稳定性和　可维护性等方面解决了总线式的缺点，但　它毕竟是一种共享媒体的网络，附接到　ＨＵＢ（包括串接的ＨＵＢ）的所有结点仍然属　于同一个冲突域。当其中一个结点发送信　息时，其它的结点只能等待倾听和等待信　道空闲。随着网络结点的增加和网络上负　载的增加，利用ＨＵＢ（包括ＨＵＢ串接）形成的　网络会因冲突的概率增加，导致整个网络　的性能大幅度降低。　３．４基于交换式集线器（Ｓｗｉｔｃｈ）的以太网　针对共享式以太网的缺点，人们设计　了基于交换的以太网，用专用的基于交换　的集线器　太网交换机（Ｓｗｉｔｃｈ）连接各　计算机结点。以太网交换机在外观上类似　于ＨＵＢ，但在内部采用了电路交换的原理，　将一个端口的输入交换到另一个指定的端　口。交换器同时采用了交换和缓存机制相　融合的技术，使得附接每个端口的结点的　数据的收发，可以不受其它结点的。多　个端口可同时进行数据交换，从而真正地　确保了每个端口可以独享带宽，并使得整　个交换器的吞吐能力得到大幅度的提高，　提高的倍数等同于端口的个数。例如：对于　一个８端口的交换器，每个端口具有１０Ｍｂｐｓ　的输入／输出能力，交换器的总吞吐能力将　达到８０Ｍｂｐｓ。　交换器也可以串接或者堆叠，堆叠是　利用专门的高速背板将多个交换器级联在　一起，以增加交换器的端口数。此外，交换　器可以和ＨＵＢ配合使用，也是目前为节省　投资而常用的方式。　３．５快速以太网　快速以太网提供１００Ｍｂｐｓ的网络带宽，　采用ＩＥＥＥ　８０２．３ｕ规范，其特点是继承了原　有的８０２．３的ＭＡＣ访问控制技术（ＣＳＭＡ／Ｃ　Ｄ），帧格式，接口，以及退避算法，将传输速　率提高了ｌ０倍（从１０Ｍｂｐｓ提高到１００Ｍｂｐｓ）ｌ　此外，它也可以直接利用原有的线缆设施，　从而支持１０Ｍｂｐｓ至１００Ｍｂｐｓ的无缝连接和　自然过渡。由于ＩＥＥＥ　８０２。３ｕ几乎原封不动　的套用了原来的协议，因此并不比１０ＢＡＳＥ　—Ｔ存在太多的技术成分。需要指出的是，　所有的快速以太网都采用具有共享式或者　交换式集线器的星形结构。对应不同的传　！　Ｑ：　ＳＯＩＥＮＯＥ＆ＴＥＯＨＮＯＬＯＧＹ　ｌＮＦＯＲＭＡＴ　ＪＯＮ　信息技术　输媒体，具有多种基于ｃｓＭＡ／ｃＤ的ｌ００Ｍｂ　适应交换机做骨干是比较好的选择。作为　安全管理和控制。对于这种情况，ＶＬＡＮ提　ｐｓ快速以太网。　最终用户接入端，用１０／１００Ｍｂｐｓ以太网／快　供了很好的的解决方案，企业内网通过划　１００ＢＡＳＥ－ＴＸ是使用２对５类ＵＴＰ的快　速以太网双速集线器是最佳选择。选择８端　分ＶＬＡＮ实现各个ＶＬＡＮ间的相互访问和　速以太网，一对双绞线用于发送，另一对双　口和ｌ６端口集线器进行组合是较灵活的解　相对，利用中继技术，对提供接入服务　绞线用于接收。使用５类ＵＴＰ，可以在１００ｍ　决方案。多个集线器的组合主要有２种方　的服务器或路由器配置中继，实现共享接　的距离上支持高达ｌＯＯＭｐｂｓ的数据传输速　式，一是堆叠，即使用多叠电缆将多个集线　入。网络管理者通过设置中继的访问许可，　率。　器的背板通讯线路连接起来，等效于延长　可以灵活地控制企业网中各个ＶＬＡＮ对外　ｌｏ０ＢＡｓＥ—Ｆｘ是使用２芯光缆（分别用于　背板线路，最多可达６～７个集线器堆叠，集　网的访问。　发送和接收信号）的快速以太网。使用的媒　线器堆叠组合的优点是集线器之间的通讯　４．３．４控制广播风暴，增强企业网络的　体可以是单模或者多模光纤，单段光纤的　可以接近背板速率，速度快，延时小，缺点　安全性　长度分别可达１Ｏｋｍ或者２ｋｉｎ。　是堆叠电缆长度有限，一般不超过２ｍ，布线　在大型企业中，由于局域网中计算机　３。６千兆以太网　局限性较大。集线器的另一种组合方式是　的数量很多，大量的广播信息必然会消耗　在百兆以太网（１ＯＯＭｂｐｓ）问世不久的１９９６　使用上链端口将集线器级联起来，级联用　带宽，导致网络速度迟缓甚至网络瘫痪。通　年初，ＩＥＥＥ　８０２．３委员会成立了８０２．３ｚ千兆　电缆就是普通的５类非屏蔽双绞线电缆　过划分ＶＬＡＮ，网络被逻辑地分割成广播　网工作组，开始致力于更高速的千兆　（ＵＴＰ），级联长度可高达１０ｍ。　域，由ＶＬＡＮ成员所发送的信息帧或数据　（１００Ｍｂｐｓ或者１Ｇｂｐｓ）以太网的研究。　企业每个楼层用２台１０／１００Ｍｂｐｓ自适　包仅在ＶＬＡＮ内的成员之间传送，而不是　类似于１００Ｍｂｐｓ以太网，千兆以太网仍　应双速集线器为骨干，采用星形总线连接，　向网上的所有工作站发送，与传统局域网　然采用ＣＳＭＡ／ＣＤ的媒体访问控制技术，并　然后将中心机房交换机与每个楼层的集线　相比，ＶＬＡＮ减少了主干网的流量，能够更　支持共享式、交换式、全双工和半双工的操　器上链端口连接起来。对于数据传输量不　加有效地利用带宽，控制广播风暴，提高网　作。目前，世界上一些著名的网络设备厂商　大的部门采用１ＯＭ适配器，而对于数据传输　络速度。　都推出了各自的千兆交换以太网设备，在　量大的部门采用１００Ｍ适配器。集线器虽然　配置ＶＬＡＮ后，由于不同ＶＬＡＮ间的数　一些企业也已将千兆交换机作为企业局域　分布于不同的楼层，但统一由计算中心供　据包不互相发送，可以减少或避免局域网　网的主干设备，以支持千兆的主干速率。　电，电源线和网络缆线采用结构化布线。可　病毒在网络中的传播、防止网络窃听；通过　企业在组建局域网时，一般将几种以　以通过由计算中心控制的１～２台调制解调　路由访问列表、ＭＡＣ地址分配等ＶＬＡＮ划　太网技术结合使用，如用千兆交换机作为　器和防火墙等安全措施上Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网。　分原则，可以控制企业网络内部ＩＰ地址的　局域网主干设备，通过光纤下连ｌＯ０Ｍ交换　企业网络建设是一个循序渐进的过　盗用，控制用户的访问权限和逻辑子网的　机，或企业主服务器，构成企业的千兆主干　程，建设企业网络必须要有一个良好的规　大小，提高网络的整体安全性。　网，用１００Ｍ交换机中间级的网络设备，上连　划。通过利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎ－ｔｒａｎｅｔ的网络优势　千兆交换机，下连ｌ０Ｍ交换机；用１０Ｍ交换　来解决企业各系统间的数据交换和资源共　５结语　机作为用户的网络设备，使得ｌ０Ｍ交换到用　享是一种有效途径。　企业在组建局域网时需要从实际应用　户桌面，从而构成了合理的有层次结构的　４．３　ＶＬＡＮ在企业网络中的应用　需求出发，要考虑网络标准化，以支持今后　企业网。　ＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）　网络扩展和互联；对于访问控制方法，网络　又称虚拟局域网，是指在交换局域网的基　应满足应用系统对吞吐量和响应时间的要　４企业局域网的组建　础上，采用网络管理软件构建的可跨越不　求，尤其要考虑负载峰值和平均吞吐量；网　在进行网络规划和设备选型时，应具　同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。　络传输距离和拓扑结构，应满足用户的现　有一定的技术前瞻性，选用能够进一步发　４．３．１建立虚拟工作组　场环境和介质访问的要求；传输介质应满　展的网络技术和具有升级能力的网络设　组建局域网中的“部门网”、“业务网”　足网络带宽、抗干扰和易安装等要求；网络　备。设备选型应遵循的原则是：首先设备应　等。在企业中采用ＶＬＡＮ技术，在添加、删除　管理软件应支持多种服务、管理功能及兼　能满足企业的应用需求，实用性好，性价比　和移动网络成员时，不用重新布线，可以在　容性要求。随着计算机科学、信息技术的发　高。第二开放性要好，以便于与企业网和国　不改动网络物理连接的情况下，任意调整　展，局域网技术会更加先进，局域网的应用　内外其他网络连接，能方便地升级。第三要　计　算机终端的网络划分，选择企业局域网　会更加广泛。　有良好的安全性和可靠性。第四，在实用性　络内部业务相近或相通的计算机终端构成　的前提下应尽量采用先进的技术和设备。　局域网中的逻辑子网，建立虚拟工作组。若　参考文献　４．１服务器　采用传统局域网技术，当网络达到一定规　【１】杨明福．计算机网络技术［Ｍ】．北京：经　网络服务器的功能和性能对局域网的　模时，此类改变、添加、删除网络成员的开　济科学出版社，２００８．　应用能力有很大的影响，尤其是当今计算　销往往会成为网络管理员的沉重负担。　［２】吴克忠．计算机局域网操作系统【Ｍ】．北　机网络基本上采用客户机／Ｎ务器（ｃ／ｓ）或　４．３．２实现企业网络的动态管理　京：电子工业出版社，２００７．　浏览器／Ｎ务器（Ｂ／Ｓ）分布处理方式，选择　针对企业网络内部一些特殊工种（如网　［３］汪日康，马启文．计算机局域网络技术　合适的网络服务器变得更加重要。域名服　管中心技术人员）或企业高级管理人员需　与应用【Ｍ】．上海：上海科学普及出版　务器和数据库服务器是网络的中心环节。　要移动办公时，可用按ＭＡＣ地址或基于网　社，２００８．　在企业局域网中，可以把一台服务器作为　络层划分ＶＬＡＮ的方式，当上述网络用户　［４】陈文云，巩丹宏．网络通信软件设计原　域名服务器并兼做Ｅｘｃｈａｎｇｅ］Ｅ务器，或使　的物理位置改变时，毋须任何改动，仍可访　理及应用［Ｍ】．西安：西安交通大学出版　用一台专用服务器使得数据库操作运算在　问其原来所在的ＶＬＡＮ，获取所需要的信　社，２００７．　服务器上进行。一般来说服务器应选择具　息资料，减少企业网络用户移动和改变的　有双ＣＰＵ，多个ＳＣＳＩ硬盘接口和１２８Ｍ以上　代价。　的内存等结构，同时，系统应具有可扩充　４．３．３共享访问　性。　在企业网络设计阶段，出于网络安全　４．２集线器和交换机　的考虑，企业网络常会选择一个共同的出　企业局域网用可升级的１０／１００Ｍｂｐｓ自　口访问互联网，便于加强企业内部网络的　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２５