1.1.3 局域网的构成和结构
1.局域网的定义
局部区域网络（Local Area Network）简称为“局域网”，缩写为LAN。局域网是日常生活中使用较为广泛的小型网络，它的结构简单，覆盖范围较小，主要应用在办公楼、公司、校园的内部网络。相对于广域网而言，数据传输具有较高的可靠性。
2.局域网的类型
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（FDDI）、异步传输模式（ATM）、令牌环网（Token Ring）、交换网（Switching）等，它们在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网——目前发展最迅速、最经济的局域网。由于篇幅所限，我们在这里只对以太网（Ethernet）、光纤分布式数据接口（FDDI）、异步传输模式（ATM）进行简单的介绍。
（1）以太网（Ethernet）
以太网是目前公认最成熟的、应用最为广泛的局域网类型，拥有成熟的技术、广泛的用户基础和较高的性能价格比。
以太网是利用载波监听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）技术来提高局域网络共享信道的传输利用率，这样可以很好地解决连接在同一总线上的多个网络节点如何有秩序地共享一个信道的问题。随着电子邮件数量的不断增加，以及网络数据库管理系统和多媒体应用的不断普及，对高速高带宽的网络技术的需求就显得较为急迫。在这样的背景下产生了交换式快速以太网及千兆以太网，它们基于现有的标准和技术（IEEE802.3标准，CSMA/CD介质存取协议，总线型或星型拓扑结构，支持细缆、UTP、光纤介质，支持全双工传输），在速度上虽然较以前的以太网有很大提高，但仍然没有很好地解决带宽共享、信道争用机制等问题，具体原因是：以太网提供一种所谓“无连接”的网络服务，网络本身对所传输的信息包无法进行诸如交付时间、包间延迟、占用带宽等关于服务质量的控制，因此没有服务质量保证Qos（Quality of Service）；另外，对信道的共享及争用机制导致信道的实际利用带宽远低于物理提供的带宽，因此带宽利用率相对较低；以太网传输机制所固有的对网络半径、冗余拓扑和负载平衡能力的限制，以及网络的附加服务能力薄弱等因素，也极大地限制了以太网的发展。
（2）ATM网络
ATM（异步传输模式）采用一种全新的传输模式。以ATM为机制的信息传输和交换模式已经成为电信和计算机网络操作的基础和2l世纪通信的主体之一，目前世界各国都在大力研究该项技术。
ATM主要特点如下。
● 实现服务质量保证（QoS）；
● 交换吞吐量大、带宽利用率高；
● 具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力，伸缩性、可靠性极高；
● ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络应用领域的网络技术，它将局域网与广域网技术统一。
（3）其他局域网类型
● 令牌环：IBM公司于20世纪80年代初开发的一种网络技术，之所以被称为环，是因为这种网络的物理结构具有环的形状，环上有多个站逐个与环相连，相邻站之间是一种点对点的链路。与广播方式的Ethernet不同的是，即使线路负载很重，仍具有确定的响应时间。
● 交换网：伴随着多媒体通信及客户/服务器（Client/Server）体系结构的发展而产生。在网络用户数目增加时，采用网络交换技术，可以保持网络在拓展后的性能不至于下降过多，且易于管理。
传统的共享媒体局域网依赖桥接/路由选择，而交换技术却为终端用户提供专用点对点连接，它可以把一个提供“一次一个用户服务”的网络转变成一个平行系统，同时支持多对通信设备的连接，即每个与网络连接的设备均可独立与交换机连接。
3.常见局域网拓扑结构类型
网络中的计算机等设备要实现互连，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做“拓扑结构”，通俗地讲就是这些网络设备是如何连接在一起的。
目前常见的网络拓扑结构主要有星型结构、环型结构、总线型结构和星型和总线型结合的复合型结构四类。
（1）星型结构
这种结构是目前在局域网中应用得最为普遍的一种，也是企业网络中应用最广泛的一种。星型网络几乎是以太网（Ethernet）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。这类网络目前用得最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等。它的基本连接图如图1-7所示。
图1-7 星型结构
星型结构基本特点如下。
● 易于实现：它所采用的传输介质一般都是通用的双绞线，相对于光缆比较便宜。
● 节点扩展、移动方便：节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可。
● 易于维护：星型结构的一个节点出现故障不会影响其他节点的连接。
● 采用广播信息传送方式：任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到，这在网络方面存在一定的隐患，但这在局域网中使用影响不大；
● 网络传输数据速度快：现在以太网接入速度达到10Gbps。
（2）环型结构
这种结构主要应用于令牌网中，在这种网络结构中各设备是直接通过电缆来串接的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在这个环中传递，所以又通常把这类网络称为“令牌环网”。这种拓扑结构网络示意图如图1-8所示。
图1-8 环型结构
在实际中，像如图1-8所示的状况是很少发生的，所有的计算机不会真的在物理上连成一个环型。在一般情况下，环的两端是通过一个阻抗匹配器来实现环的封闭的，因为在实际组网的过程中因地理位置的限制，不方便做到环的两端物理连接。
环型结构基本特点如下。
● 这种网络结构一般仅适用于IEEE 802.5的令牌网（Token ring network），在这种网络中，“令牌”在环型连接中依次传递。所用的传输介质一般是同轴电缆。
● 这种网络实现也比较简单，投资相对较小，但这种网络所能实现的功能最为简单，仅能当做一般的文件服务模式。
● 传输速度较快：在令牌网中允许16Mbps的传输速度，它比普通的10Mbps以太网要快许多。随着以太网的广泛应用和以太网技术的发展，其速度也得到了极大提高。
● 维护非常困难：整个网络各节点间是直接串联的，这样任何一个节点出了故障都会造成整个网络的中断；另一方面因为同轴电缆所采用的是插针式的接触方式，容易造成接触不良，网络中断。
● 扩展性能差：因为是环型结构，所以扩展性能远不如星型结构好，如果要新添加或移动节点，就必须中断整个网络，在环的两端连接上连接器才能连接。
（3）总线型结构
这种网络拓扑结构中所有设备都直接与总线相连，它所采用的介质一般也是同轴电缆（包括粗同轴电缆和细同轴电缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，比如ATM网、Cable MODEM等所采用的网络都属于总线型网络结构。它的结构示意图如图1-9所示。
图1-9 总线型结构
总线型基本特点如下。
● 组网费用低：是直接通过一条总线进行连接，因此费用较低。
● 传输速度会随着接入网络的用户的增多而下降。
● 网络用户扩展比较灵活：需要扩展用户时只需添加一个接线器即可，但所能连接的用户数量有限。
● 维护较容易：单个节点失效不影响整个网络的正常通信。
不过这种网络拓扑结构也存在缺点，即一次仅能一个用户端发送数据，其他用户端必须等到获得发送权。
（4）混合型拓扑结构
该结构主要用于较大型的局域网中，由于它综合了星型网络结构和总线型结构的优点，所以可以解决单纯用星型网络结构、双绞线的单段传输距离需小于100m的限制及单纯使用总线型结构很难承受公司的计算机网络规模需求的缺点。目前较为常见的综合布线方式是：同一栋楼层采用双绞线的星型结构，不同楼层采用同轴电缆的总线型结构，在楼与楼之间也采用总线型，传输介质当然要根据楼与楼之间的距离而定——如果距离较近（500m以内），可以采用粗同轴电缆，如果在180m之内还可以采用细同轴电缆作为传输介质。但是如果超过500m就只有采用光缆或者粗同轴电缆加中继器来满足了。
混合型拓扑结构示意图如图1-10所示。
图1-10 混合型拓扑结构
混合型拓扑结构基本特点如下。
● 应用相当广泛：主要是因为它解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。
● 扩展相当灵活：这主要是因为它继承了星型拓扑结构的优点。但由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总线长度和节点数量上也会受到限制，不过在局域网中是不存在太大的问题的。
● 传输速率会随着用户的增多而下降。
● 较难维护：这主要是受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断，则整个网络也就瘫痪了；另外整个网络非常复杂，维护起来也不容易。
● 速度较快：因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，整个网络在速度上不受太多的限制。