LAN是局域网(Local Area Network)的简称,可以用于社区、学校、楼宇和家庭的个人计算机联网,也可以用于汽车作为车内局域网(In-Vehicle Local Area Network)。LAN用于汽车,与CAN相似,主要是为了方便车载各电控单元间进行的各种数据交换,以达到对汽车性能的精确、高速控制,减少配线的目的。LAN的特点主要取决于3个因素:传输介质、拓扑结构和介质访问控制协议(MAC),其中传输介质和拓扑结构是主要的技术选择,它们在很大程度上决定了可以传输的数据类型、通信速度、效率以及网络提供的应用种类。
1.LAN的传输介质
最常见的LAN的类型是采用同轴电缆的总线型/树形网络,当然也可以选择采用双绞线、同轴电缆甚至光纤的环形网。LAN的传输速率为1~20Mbit/s,足以满足大部分的应用要求,并且允许相当多的设备共享网络。表3-4所示为这3种传输介质的主要特性。
表3-4 双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性
双绞线是局域网中最普通的传输介质,一般用于低速传输,最大数据传输率可达几Mbit/s。双绞线成本较低,传输距离较近,非常适合汽车网络的情况,也是汽车网络使用最多的传输介质。
同轴电缆可以满足较高性能的要求,与双绞线相比,它可以提供较高的吞吐量,连接较多的设备,跨越更大的距离。
光纤在电磁兼容性等方面有独特的优点,数据传输速度比较高,传输距离远,在汽车网络上有很好的应用前景,尤其是一些要求传输速度高的车上网络,如车上信息与多媒体网络。
2.LAN的拓扑结构
LAN常用的拓扑结构有3种:星形、环形、总线型/树形。
(1)星形网络拓扑结构 星形网络即以一台中心处理机为主组成的网络,各种类型的入网机均与该中心处理机有物理链路直接相连,因此,所有的网上传输信息均需通过该机转发,其结构如图3-41所示。
图3-41 星形网络拓扑结构(www.daowen.com)
星形网络由于其物理结构,使其具有以下特点:构造较容易,适于同种机型相连;通信功能简单,它可以根据需要由中心处理机分时或按优先权排队处理;中心处理机负载过重,扩充困难;每台入网计算机均需与中心处理机有线路直接互联,因此线路利用率不高,信道容量浪费较大。
(2)总线型网络拓扑结构 总线型网络是从计算机的总线访问控制发展而来的,它将所有的入网计算机通过分接头接到一条载波传输线上,网络拓扑结构就是一条传输线,如图3-42所示。
图3-42 总线型网络拓扑结构
由于所有的入网计算机共用一条传输信道,因此总线型网络的一个特殊问题就是信道的访问控制权的分配。总线型网络的特点是:由于多台计算机共用一条传输线,所以信道利用率较高;同一时刻只能有两处网络节点在相互通信;网络延伸距离有限;网络容纳节点数受信道访问机制影响,因而是有限的。总线型网络适用于传输距离较短、地域有限的组网环境,目前,局域网多采用此种方式。
图3-43 环形网络拓扑结构
(3)环形网络拓扑结构 环形网络通过一个转发器将每台入网电脑接入网络,每个转发器与相邻两台转发器用物理链路相连,所有转发器组成一个拓扑为环的网络系统,如图3-43所示。
环形网络由于其点-点通信的唯一性,因此,不宜在广域范围内组建计算机网络。它也是一种较为实用的局域网拓扑结构,尤其是在实时性要求较高的环境。环形网络的主要特点:由于一次通信信息在网中传输的最大时间是固定的,因此实时性较高,每个网上节点只与其他两个节点有物理链路直接互连,因此传输控制机制较为简单;一个节点出故障可能会终止全网运行,因此可靠性较差;网络扩充需对全网进行拓扑和访问控制机制的调整,较为复杂。
3.介质访问控制协议
LAN的标准由美国电气和电子工程师协会(IEEE)于1980年2月成立的专门研究局域网技术并制定相应标准的一个委员会(IEEE802委员会)制定,其标准称为IEEE802标准。局域网的目的是使某一区域内大量的数据处理、通信设备相互连接,局域网的拓扑结构并未采用物理上完全连接的方式,而是通过共享传输介质(环形、总线型/树形)或转换开关(星形)实现的。对于共享传输介质的方案,需要一套分布逻辑以控制各联网设备对传输介质的访问,这就是介质访问控制(Medium Access Control,MAC)。当传输介质和拓扑结构选定后,局域网的性能就主要取决于MAC。
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