《网络实用技术基础》第二章 2.1 局域网概述
2.1 局域网概述
一、局域网概念
局域网（LAN，Local Area Network）是指将局部地理范围内的计算机及网络设备互相连接在一起，构成属于一个单位或一个部门所有的计算机网络。
局域网具有组建简单、维护方便、传输速率高、出错率低、网络延时小等优点。
二、局域网协议IEEE802
局域网标准化委员会，简称IEEE 802委员会，专门负责局域网协议的制定，制定的一系列标准称为IEEE 802标准，如图2-1所示。
图2-1 IEEE 802标准间的关系
如表2-1所示为IEEE 802.x规范，IEEE 802标准系列包括802.3局域网LAN标准、802.11无线局域网WLAN以及其他有线、无线通信标准。802.1标准是MAC层有局域网互联需求时使用的规范，802.2标准是LLC层使用的规范，均为数据链路层标准。
表2- 1 IEEE 802.x规范
| IEEE 802.x规范 | 规范内容 |
|---|---|
| IEEE 802.1 | MAC层使用规范 |
| IEEE 802.2 | LLC子层使用规范 |
| IEEE 802.3 | 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）控制方法，以及MAC子层和物理层的规范 |
| IEEE 802.4 | 令牌总线网的访问控制方法，以及MAC子层和物理层的规范 |
| IEEE 802.5 | 令牌环网的访问控制方法，以及MAC子层和物理层的规范 |
| IEEE 802.6 | 城域网 |
| IEEE 802.7 | 宽带技术 |
| IEEE 802.8 | 光纤技术 |
| IEEE 802.9 | 综合语音与数据局域网IVD LAN技术 |
| IEEE 802.10 | 可互操作的局域网安全性规范SILS |
| IEEE 802.11 | 无线局域网技术 |
| IEEE 802.12 | 优先级高速局域网（100Mbps） |
| IEEE 802.14 | 电缆电视（Cable-TV） |
IEEE 802标准的局域网参考模型包含OSI/RM模型中的物理层和数据链路层的功能，如图2-2所示。
局域网的物理层规定了所使用的信号、编码和传输介质，数据链路层则为两个网络实体之间提供数据链路，包括连接链路的创建、维持和释放。
为了逻辑链路控制（LLC， Logic Link Control）独立出来形成一个单独的子层，使数据帧的传输独立于所采用的物理媒体和介质访问控制方法，LLC子层与物理介质无关。
介质访问控制（MAC，Media Access Control）子层依赖于物理介质和介质访问控制方法。
图2-2 IEEE 802参考模型及其与OSI参考模型对比
LLC子层向高层提供了一个或多个逻辑接口，这些接口被称为服务访问点（SAP，Service Access Point）。
SAP具有帧的接收和发送功能。
MAC子层在支持LLC层完成介质访问控制功能时，可以提供多个可供选择的介质访问控制方式。IEEE 802标准设计了多种介质访问控制方式，如CSMA/CD（Carrier SenseMultiple Access/Collision Avoidance）、令牌环和令牌总线等。
三、无线局域网
1．无线局域网的应用
无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）设备主要包括无线接入点、无线网卡、无线路由器、无线网关和无线网桥等。
无线局域网使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般在几十米范围内。
如图2-3所示，无线局域网的主干网络通常使用有线电缆，无线局域网用户通过无线路由器，以ADSL等方式接入因特网。IEEE 802.11协议应用于无线局域网技术。
图2-3 无线局域网环境
2．无线局域网标准
无线局域网的标准为IEEE 802.11，定义了介质访问接入控制层和物理层。
IEEE制定了IEEE 802.11的两个补充版本802.11a和802.11b。其中，802.11a定义了一个在5 GHz ISM频段上的数据传输速率可达54 Mbit/s的物理层；802.11b定义了一个在2.4 GHz的ISM频段上的数据传输速率高达11 Mbit/s的物理层。
如表2-2所示为802.11标准系列中目前使用的4种基本标准的性能对比。
表2- 2 802.11无线标准性能对比
| 性能指标 | 802.11a | 802.11b | 802.11g | 802.11n |
|---|---|---|---|---|
| 数据速率 | 54 Mbit/s | 11 Mbit/s | 54 Mbit/s | 248 Mbit/s |
| 吞吐量 | 23 Mbit/s | 4.3 Mbit/s | 19 Mbit/s | 74 Mbit/s |
| 频率 | 5 GHz | 2.4 GHz | 2.4 GHz | 2.4 GHz/5 GHz |
| 兼容性 | 无 | 与802.11g兼容 | 与802.11b兼容 | 与802.11a、802.11b和802.11g兼容 |
| 覆盖范围 | 35~120 m | 38~140 m | 38~140 m | 70~250m |
| 信道数 | 3 | 最高23 | 3 | 14 |
| 传输方式 | OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交频分复用技术 | DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）直接序列扩频 | DSSS/OFDM正交频分复用技术/直接序列扩频 | MIMO（Multiple-Input ultiple-Outpu）多输入多输出技术 |
无线网络最大的问题之一就是安全性较差，用户需要通过访问点来访问WLAN。
为了使用户终端能够轻松地找到无线接入点（AP，Access Point），AP会定期广播信息，通知其服务设置标识符（SSID，Service Set Identifier）、数据速率和其他信息。
IEEE 802.11定义了开放式认证和共享密钥认证两种方式对客户端进行认证。开放式认证没有安全性，共享密钥认证使用静态加密密钥，虽然具备了一定的安全性，但安全性相对较低。
无线网络安全协议可以提供加密、认证和入侵防护。
四、常见以太网种类
根据传输速率对以太网进行分类：
1．标准以太网
标准以太网的数据传输速率通常为10Mbps，采用CSMA/CD协议，主要使用双绞线与同轴电缆两种传输介质。
根据 IEEE 802.3标准的规定，目前用于10Mbps以太网的线缆包括10Base-5 粗同轴电缆、10Base-2细同轴电缆和10Base -T 双绞线。
标准以太网遵循IEEE 802.3标准，具体分类如表2-3所示。
表2- 310Mbit/s以太网属性
| 以太网类型 | 距离限制 | 线缆类型 | 接口类型 | 物理拓扑 | 逻辑拓扑 |
|---|---|---|---|---|---|
| 10Base-5 | 500m | 粗同轴电缆--50Ω | AUI | 总线 | 总线 |
| 10Base-2 | 185m | 细同轴电缆 | BNC | 总线 | 总线 |
| 10Base-T | 100m | 非屏蔽双绞线（3类、4类、5类） | RJ-45 | 总线（集线器） | 总线 |
2．快速以太网
传输速率为100Mbps的以太网称为百兆以太网或快速以太网，遵循IEEE 802.3u标准。IEEE 802.3u标准在MAC子层仍采用CSMA/CD协议，并保留了原始的IEEE 802.3标准所规定的数据帧格式。
如表2-4所示，快速以太网可分为三个子类：100BASE-TX、100BASE-FX和100BASE-T4。
表2- 4快速以太网分类
| 以太网类型 | 距离限制 | 线缆类型 | 接口类型 | 物理拓扑 | 逻辑拓扑 |
|---|---|---|---|---|---|
| 100BASE-TX | 100m | UTP 5类 | RJ-45 | 星型（集线器） | 总线 |
| 100BASE-FX | 半双工400m，全双工2 000m | MMF 62.5/125μm带SC或ST连接器 | RJ-45 | 星型（集线器） | 总线 |
| 100BASE-T4 | 100m | UTP 3类、4类、5类 | RJ-45 | 星型（集线器） | 总线 |
3．千兆以太网
千兆以太网，也称吉比特以太网（Gigabit Ethernet），遵循IEEE 802.3z标准，可以在全双工及半双工两种模式下工作。千兆以太网根据所使用的传输介质不同，可细分为：
1）1000BASE-SX：用于承载数据的光信号的波长为850 nm。使用纤芯直径为50μm的多模光纤时，传输距离为550 m；使用纤芯直径为62.5μm的多模光纤时，传输距离为275 m。
2）1000BASE-LX：用于承载数据的光信号的波长在1270~1355 nm。使用纤芯直径为50μm或62.5μm的多模光纤时，传输距离为550 m；使用纤芯直径为10μm的单模光纤时，传输距离为5 km。
3）1000BASE-CX：使用超5类屏蔽双绞线作为传输介质，传输距离为25 m。
