在第1章中，我们介绍了按照地理范围划分，范围最小的是局域网（LAN）。局域网是本地用户接入Internet网络的重要方式。例如校园网、小区网络、医院网络都是接入互联网的常用方式。
本章介绍局域网的定义和设备、局域网的类型、局域网组建、Ethernet技术、无线网络、VLAN等内容。希望通过本章的学习，掌握局域网的类型、相关的网络协议、解决冲突的原理和方法，掌握局域网络的设备的使用，学习组建局域网络的技术和方法。
【本章主要内容】
局域网设备和部件。
组建局域网方法。
以太网技术。
局域网举例。
3.1 局域网定义和类型
3.1.1 局域网的定义和特点
局域网是指把有限地理范围内的通信设备（计算机、交换机、打印机等）互连起来的计算机网络。其应用范围很广，一般在办公室、实验室、企业、医院、学校、居民小区以及家庭中均使用局域网。
局域网的性能主要由网络的拓扑结构、传输介质的性能以及介质访问控制方法决定。
1.从地理范围的角度来看
（1）局域网覆盖有限的地理范围，适用于校园、机关、公司、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备联网的需求。
（2）局域网的数据传输速率高，可以获得从10Mbps到10Gbps传输速度。随着网络技术的发展，未来可能还可以获得更高的传输速度。
（3）局域网具有低误码率的高质量传输环境，数据的传输延迟时间短，但连接能力有限。
2.从功能的角度来看
（1）仅仅使用网络的低二层和应用层协议，并且低二层协议比较简单，没有单独的网络层。
（2）局域网中，一般采用广播式发送信息方式，如果不采用全双工通信，则数据传输共享传输介质，容易产生碰撞，所以必须采用介质访问控制技术，例如CSMA／CD、Token Ring等以保证数据传输的效率。
3.1.2 局域网类型
目前常见的局域网类型包括以太网（Ethernet）、光纤分布式数据接口网（FDDI）、异步传输模式网（ATM）、令牌环网（Token Ring）等。其中应用最广泛的当属以太网，这是一种广播式的局域网，是目前发展最迅速也最经济的局域网之一，并且具有很强的可升级性。
这些类型的局域网络在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式等诸多方面各有不同。
在此简单介绍以太网、光纤分布式数据接口网和异步传输模式网。
1.以太网（Ethernet）技术
以太网（Ethernet）是最有代表性的局域网络，也是使用范围最广泛的网络。早期以太网传输速率仅为10Mbps，目前的以太网技术可将主干网速度提高到10Gbps或者更高。
（1）以太网技术标准
最初由Xerox公司于1975年研制成功，1979年7月到1982年期间，DEC、Intel和Xerox三家公司制订了以太网的技术规范DIX，以此为基础形成的IEEE802.3以太网标准在1989年正式成为国际标准。
经过20多年的发展，以太网技术产生了多种技术标准。以下简单介绍以太网的多种标准。
①10Base‐5标准是原始的以太网标准。它规定：使用直径10mm的50Ω粗同轴电缆作为数据传输介质，采用总线拓扑结构，站点网卡的接口为DB‐15连接器；每个网段允许有100个站点，每个网段最大允许距离为500m，网络直径为2500m，即可由5个500m长的网段和4个中继器组成；基带传输速率为10Mbps，并采用曼彻斯特编码传输数据。
②10Base‐2标准是为了降低10Base‐5的安装成本和复杂性而设计的标准。它使用廉价的R9‐58型50Ω细同轴电缆，总线拓扑结构，网卡通过T形接头连接到细同轴电缆上，末端连接50Ω端接器；每个网段允许30个站点，每个网段最大允许距离为185m，保持了10Base‐5的4个中继器和5个网段的结构，允许的最大网络直径为925m；基带传输速率为10Mbps，也采用曼彻斯特编码传输数据。
与10Base‐5相比，10Base‐2以太网更容易安装，更容易增加新站点，且能大幅度降低费用。
以上两种标准基本已经成为历史，不再被真正应用于实际网络了。
③10Base‐T是1990年通过的以太网物理层标准。该标准使用两对非屏蔽双绞线（UTP）：一对线发送数据，另一对线接收数据；使用RJ‐45作为端接器，采用星型拓扑结构；站点到中继器和中继器到中继器的最大距离为100m；保持了10Base‐5的4个中继器与5个网段的结构，使10Base‐T局域网的最大直径达到500m。
双绞线以太网是以太网技术的主要进步之一，10Base‐T因为价格便宜、配置灵活和易于管理而流行起来，成为桌面接入的主要形式之一。
（2）快速以太网（Fast Ethernet）
100Base‐T是以太网标准的快速以太网100Mbps的标准版，是1995年5月正式通过的快速以太网规范，也被称为IEEE802.3u标准。它采用星型拓扑结构，包含4个不同的物理层规范，并且包含网络拓扑方面的若干新规则。
①100Base‐TX：此标准使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，其中一对线用于发送数据，另一对线用于接收数据，最大网段长度为100m；采用4B／5B编码，以125MHz的频率串行传输数据。IEEE802.3u规范采用三电平符号传输系统取代10Base‐T的两电平曼彻斯特编码。
4B／5B编码是将4位数据半字节转换为5位编码，目的是实现错误检测和增加控制码，例如数据流起始和终止定界符。将信号传输率提高到125Mbps，可补偿4B／5B内在的20%数据传输效率，但是这种带宽增加所产生的频谱会被曼彻斯特编码扩展到数百兆赫。
使用多电平传输3波形法，把信号频率降低到125MHz的1/3，即41.6MHz。
100Base‐TX是100Base‐T标准中使用最广泛的物理层规范。
②100Base‐FX：此标准使用多模（62.5或125um）或单模光纤。它对于多模光纤的交换机到交换机连接、交换机到网卡的连接，最大允许长度达412m，如果采用全双工链路，则可达到2000m。它主要用于高速主干网或远距离连接，或用于有强电气干扰的环境，或用于要求有较高安全保密链接的环境。
③自动协商模式：在100Base‐T被颁布之后，使用RJ‐45连接器可以发送或接收的信号在5种以上，包括10Base‐T、10Base‐T全双工、100Base‐TX、100Base‐TX全双工和100Base‐T4。
为了简化管理，IEEE（国际电气工程师协会）推出了Nway（IEEE自动协商模式），使得集线器和网卡可以了解线路另一端可能的速度，并把速度自动调节到线路两端都能达到的最高速度。例如，优先的顺序是100Base‐TX全双工、100Base‐T4、100Base‐TX、100Base‐T全双工和10Base‐T。
网卡或其他网络设备的技术参数里，可以发现技术指标标示的速度为10Mbps／100Mbps，就说明这种部件或设备采用了自动协商模式。
这种技术避免了由于信号不兼容可能造成的网络故障。具有这种特性的装置也允许采用人工选择的模式。
（3）千兆以太网（Gigabit Ethernet）
千兆以太网技术是比较新的高速以太网技术，通常作为提高核心网络传输能力的有效解决方案。其最大优点是继承了传统以太网技术价格便宜的优点，当以太网升级时，无需改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，既方便又经济。
千兆以太网技术本质上仍然是以太网技术，采用与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全／半双工工作方式，流控模式以及布线系统。该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作，兼容性好。
①千兆以太网技术标准：共有两个，即IEEE802.3z和IEEE802.3ab。前者是针对光纤和短程铜线连接方案的标准，后者是针对5类双绞线上较长距离连接方案的标准。
IEEE802.3z：该标准定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base‐X标准，采用8B／10B编码技术，信道传输速度为1.25Gbps，实际可以实现1000Mbps的传输速度。
IEEE802.3z具有如下千兆以太网标准。
1000Base‐SX标准：只支持多模光纤，可以采用直径为62.5μm或50μm的多模光纤，工作波长为770～860nm，传输距离为220～550m。
1000Base‐LX标准：1000Base‐LX是定义在IEEE802.3z中的针对光纤布线吉比特以太网的一个物理层规范。LX代表长波长，1000Base‐LX标准对应于802.11z标准，既可以使用单模光纤也可以使用多模光纤。1000Base‐LX标准所使用的光纤主要包括62.5μm多模光纤、50μm多模光纤和9μm单模光纤，其中多模光纤的最大传输距离为550m，单模光纤的最大传输距离为3km。1000Base‐LX标准采用8B／10B编码方式，使用的长波激光信号源，波长为1270～1355nm。针对多模光纤，1000Base‐LX可以采用直径为62.5μm或50μm的多模光纤，其工作波长范围为1270～1355nm，传输距离可达到550m。针对单模光纤，1000Base‐LX可以支持工作波长范围为1270～1355nm，传输距离可达到5km左右。
1000Base‐CX标准：对应于802.11z标准，使用铜缆作为传输介质，使用9芯D型连接器连接电缆，最大传输距离25m。1000Base‐CX标准采用8B／10B编码方式，适用于交换机之间的连接，尤其适用于主干交换机和主服务器之间的短距离连接。
IEEE802.3ab：该标准定义了基于5类UTP的1000Base‐T标准，速率为1000Mbps，传输距离为100m。1000Base‐T标准是1999年6月被IEEE标准化委员会批准的标准，这项技术使用现有的5类铜线，目前被最广泛安装在局域网上，提供1000Mbps速度；不支持8B／10B编码方式，但采用更加复杂的编码方式。1000Base‐T标准的优点是可以在原来100Base‐T的基础上进行平滑升级到1000Base‐T。1000Base‐T与10Base‐T、100Base‐T标准完全兼容。
②千兆以太网的特点。
简单：由于千兆以太网继承了以太网和快速以太网的简易性，因此其技术原理、安装实施和管理维护都很简单。
扩展性好：由于千兆以太网采用了以太网和快速以太网的基本技术，因此由10Base‐T、100Base‐T升级到千兆以太网非常容易。
可靠：由于千兆以太网保持了以太网和快速以太网的安装维护方法，采用星型网络结构，因此网络具有很高的可靠性。
经济：由于千兆以太网继承了10Base‐T和100Base‐T，所以研究成本相对较低，另外，面向10Base‐T和100Base‐T的升级更容易、便捷。
易维护：千兆以太网采用基于简单网络管理协议（SNMP）和远程网络监视（RMON）等网络管理技术，许多厂商开发了大量的网络管理软件，这使千兆以太网的集中管理和维护非常简便。
③千兆以太网的应用。
由于千兆以太网的带宽优势更有效，因此具有良好的发展空间，主要应用于以下几个方面。
构建主干网：千兆位以太网可提供超出快速以太网10倍以上的性能，并与现有的10／100Mbps以太网标准兼容。同时，由于为10／100／1000Mbps开发的虚拟网标准802.1Q以及优先级标准802.1p都被推广，千兆网已成为构成网络主干的主流技术。
构建城域网：随着光纤制造和传输技术的进步，千兆以太网的传输距离可以达到几十公里甚至百公里，这使千兆以太网成为城域网的一种技术选择。因为10G以太网使用多模光纤，可以支持65～300m的传输距离；使用单模光纤，可以支持10～40km的传输距离，因此10G以太网技术可以在较低的开销下，提供较高的带宽，并实现了各种网络的连接。目前，10G以太网已经成为城域网的主干网核心技术。需要说明的是，目前10G以太网（采用IEEE802.3ae）技术已经十分成熟。
2.光纤公布式数据接口网（FDDI）
光纤分布式数据接口（FDDI）是一种使用光纤作为传输介质的高速、通用的环型网络，是目前成熟的LAN技术中的一种，既可用于城域网络又可用于小范围局域网。
