“网络工程师培训”基础教程：局域网

1.常见局域网类型

局域网，Local Area Network ，简称 LAN，和广域网区别有如下三个方面的特征：

（ 1 ） 范围

（ 2 ） 传输技术

（ 3 ） 拓扑结构

就范围来讲，局域网一般覆盖的范围较小，通常是处于同一建筑，同一所大学或方圆几公里以内的专用网络。

就传输技术而言，LAN 通常使用这样一种传输技术，所有的机器连接到一条电缆上，通过广播的方式进行通信。广播式 LAN 有多种拓扑结构，一般多数网络使用以下两种：

总线型网络：突出的例子就是以太网和令牌总线网。这种网络中，任意时刻都只有一台机器是主站并可进行发送，其他机器则不能发送。当两台或更多机器都想发送信息时，就需要一种仲裁机制来解决冲突，这种机制可以是集中式的，也可以是分布式的。不同的网络使用的机制和实现方法不尽相同。

环网：突出的例子就是 IBM 令牌环网。在环中，每个比特独自在网内传播而不必等待他所在的分组里的其他比特。也需要某种机制来仲裁对网络的同时访问。

另外， 目前正迅速发展的交换式 LAN 采用了星型拓扑结构。

2.以太网的物理接口类型

以太网是一种基于总线型拓扑结构的网络，使用分布式仲裁机制来解决冲突。速度有 10Mbps、100Mbps 和 1000Mbps 三种。

IEEE 802.3 主要确定了以太网各项标准及规范。

以太网上的计算机任何时候都可以发送信息，但发送之前都需先检测网络是否空闲，即“侦听”，如果某时刻有两个或者更多的分组发生冲突，则检测到冲突欲发送数据的计算机就都需等待一段时间，即“回退”，然后再次试图发送。这就是以太网技术必须提到的 CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）机制。

显然，随着同一网络上的计算机数目的增加，以太网的效率会降低。同时，随着网络带宽的增大和电缆长度值的增大，（在帧长度不变的条件下）以太网的效率也会降低。

3.10M 以太网

10Mbps 以太网即标准以太网，由IEEE 802.3 定义，同一公共通信信道上的所有用户共享这个带宽，这个公共信道称为总线。在交换式 LAN 中，每个交换式端口都是一个以太网总线，采用星型拓扑结构。这种连接方式下将有可能提供全双工的连接，此时，将提供 20Mbps 的 总带宽。

根据 IEEE 802.3 的规定，10M 以太网目前广泛使用的线缆有：10Base -T 双绞线、10Base5 粗同轴电缆以及10Base2 细同轴电缆。

10Base5 粗同轴电缆采用插入式分接头，表示的意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，最大支持段长为 500m，最多段数为100。 10Base5 粗同轴电缆线径较粗，不易弯曲，安装非常不便。

10Base2 细同轴电缆接头采用工业标准的 BNC 连接器组成 T 型插座，使用灵活可靠性高，价格也较便宜，但使用范围只有200米，每一段内仅能使用30 台计算机，段数最高为 30。

10Base-T 是目前使用最为广泛的一种以太网电缆标准。它具有一个显著优势就是易于扩展，维护简单，价格低廉，一个集线器加上几根 10Base-T 电缆，就能构成一个实用的小型局域网（当然还得有计算机），10Base-T 的缺点是：电缆的最大有效传输距离是距集线器 100m，即使是高质量的5类双绞线也只能达到150m 。

10Base-T 的物理介质

双绞线（Twisted pair），收发各由两条拧在一起并相互绝缘的铜线组成。

两条线拧在一起可以减少线间的电磁干扰。

3类到6类双绞线在塑料外壳内均有这样的四对线缆，区别主要在于类数越高的双绞线，单位长度内的绞环数越多，拧得越紧，这使得5类或者6类双绞线的交感更少并且在更长的距离上信号质量更好，更适用于高速计算机通信。

双绞线连接器

双绞线连接器一般都使用 RJ-45 连接器（如图）

5类双绞线的线序

5类双绞线由8芯细线组成，利用细线外绝缘层上的颜色进行分组标识。通常利用单色和单色加上白色作为成对标识，也有利用色点成对进行标识的。

直连网线和级连网线的线序如图所示。

图中各线画法仅为说明两端的线序关系，实际双绞电缆线芯都是成对拧绞在一起的。

4.快速以太网

快速以太网由 IEEE 802.3u 标准定义，基本与标准以太网相同，但速度比标准以太网快十倍。快速以太网的速度是通过提高时钟频率和使用不同的编码方式获得的。其传输方案最常用的便是100Base-T，100Base-T 又包括100Base-TX 和 100Base-T4，100Base-T4 是一种 3 类双绞线方案，不支持全双工，目前最广泛使用的都是 100Base-TX，此方案需使用 5 类以上双绞线，时钟信号处理速率高达125MHz。本书以后内容中提到的快速以太网双绞线方案在不进行特殊说明的情况下均指 100Base-TX 方案。

100Base-FX 使用一对多模或者单模光纤，使用多模光纤的时候，计算机到集线器之间的距离最大可到两公里，使用单模光纤时最大可达十公里。

快速以太网还提供全双工通信，总带宽达到200Mbps 。全双工快速以太网仅在使用光纤或某些双绞线介质的点对点链路有效，因为每个带宽为100Mbps 的信道都需要独立的线来支持。

快速以太网有自动协商的功能，能够自动适应电缆两端最高可用的通信速率，能方便的与10M 以太网连接通信。

5.千兆以太网

千兆以太网保留了传统以太网的大部分简单特征，以 1000Mbps /2000Mbps 的带宽提供半双工/全双工通信。千兆以太网对电缆的长度的要求更为严厉，多模光纤的长度至多为 500 米，5 类双绞线为 100 米。

IEEE 802.3z 标准定义了千兆以太网，IEEE 802.3ab 标准专门定义了双绞线上的千兆以太网规范，两者都是 802.3 标准的补充。

由于高速数据速率定时的限制，在同一冲突域中，千兆以太网不允许中继器的互连。

千兆以太网有自动协商的功能，但仅限于协商半双工或全双工流量控制，确定是否支持控制帧，不能与低速以太网之间协商速率。

6.局域网小结