第二节　局域网的关键技术

局域网的特性主要由3个关键技术决定，拓扑结构、传输介质和介质访问方式，这3种技术在很大程度上决定了传输数据的类型、网络响应时间、吞吐量、网络应用等各种网络特征。

一、拓扑结构

局域网具有几种典型的拓扑结构，例如总线型拓扑结构、星型拓扑结构、环型拓扑结构等。

1．总线型拓扑结构

总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有节点都通过网络适配器直接连接到一条公共传输介质的总线上，任何一个站点发送的信号都可以沿这条介质传播，并且所有站点都可以接收到，总线型网络如图4.2.1所示。

图4.2.1　总线型网络

图4.2.2　总线型局域网中的“冲突”现象

注意：虽然总线型局域网会出现冲突现象，但由于总线型拓扑结构简单，实现容易且容易扩展，因此被广泛地应用。

2．星型拓扑结构

星型拓扑结构是目前局域网中使用得最多的一种拓扑结构类型。星型拓扑结构中有一个中央节点，局域网中的各个其他节点都和它相连，任何两个节点必须通过这个中心节点才能通信，星型拓扑结构方便了对大型网络的维护和调试，对电缆的安装检验也相对容易，如图4.2.3所示。

提示：目前较为流行的星型结构网利用交换机组成局域网，为本企业内部的其他站点交换信息提供信道。

图4.2.3　星型网络

3．环型拓扑结构

环型拓扑结构的网络也是局域网最基本的拓扑结构之一。环型网络中的所有节点都使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，并通过点到点的连接构成封闭的一路，如图4.2.4所示。

图4.2.4　环型网络

在环型网络中，数据只能沿一个方向单向传输，环路的维护和控制通常采用某种分布式控制方法，在环型网络中的每个节点都有相应的控制功能。此外，在环型网络中由于采用了一定的介质访问控制方法，因此不会产生冲突现象。

提示：对于环型拓扑结构的局域网，其网络的管理较为复杂，与总线型局域网和星型网络相比，它的可扩展性较差，因此，它在小型的办公环境中并不常见。

二、传输介质(www.daowen.com)

局域网中常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤等。其中双绞线是最为廉价的传输介质，非屏蔽5类双绞线的传输速率为100Mb/s，在局域网中被广泛应用；同轴电缆既可用于基带系统也可用于宽带系统，它具有吞吐量大、可连接的设备多、安装维护较为方便等特点；光纤具有1000Mb/s的传输速率，抗干扰性强且误码率低，在一些局域网的主干网中得到了广泛的应用。

三、介质访问控制方法

介质访问控制方法即信道访问控制方法，IEEE 802规定了局域网中最常用的介质访问控制方法，包括IEEE 802.3载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、IEEE 802.4令牌总线（Token Bus）和IEEE 802.5令牌环（Token Ring）。

1．CSMA/CD介质访问控制

在总线型局域网中，所有的节点都直接连接到同一条物理信道上，任一节点都可以在总线上发送数据帧，而其他的所有节点都能检测到该数据帧，当检测到该帧中的目的地址为本节点地址时，就接收该帧的数据，同时发送给源节点一个响应帧。这样当有多个节点在同一时间发送数据时，在信道上就可能会出现数据帧的重叠现象。为此，在总线型局域网中采用CSMA/CD方法来避免冲突的发生。

CSMA/CD是一种采用随机访问技术的随机争用型的介质访问控制方法，其工作过程是当一个节点要发送数据时，首先监听总线。如果介质是空闲的，则发送数据，否则，就等待一定的时间间隔后重新监听，直到介质空闲，其工作流程如图4.2.5所示。

图4.2.5　CSMA/CD的工作过程

2．令牌总线

令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，如图4.2.6所示。从物理上看，这是一种总线结构的局域网；从逻辑上看，这是一种环型结构的局域网，连接在总线上的各个节点组成一个逻辑环，其次序为A→D→B→C→A循环传递。

图4.2.6　令牌总线网

在逻辑环上的每个节点被赋予了一个顺序的逻辑位置，节点只有取得令牌才能发送数据。当取得令牌的节点发送完数据后，将令牌传送给下一节点，使其能够获取令牌并发送数据。此外，令牌总线访问控制也提供了对节点的优先级服务方式。

注意：由于在物理连接上，令牌总线仍属于总线结构，因此节点是将数据广播到总线上的，总线上所有的节点都能够监测到数据，但只有目标节点才可以接收并处理数据。

3．令牌环

在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌，网络中的节点只有收到令牌才能将数据帧传送到总线上。当各节点没有数据发送时，网络中令牌在环上循环传递，如果一个节点要发送数据，它首先需要截获令牌，然后把空令牌改成忙令牌，并附加数据，然后开始发送。在发送的过程中，其他的节点不能发送数据帧，当接收者收到发送给他的数据后会产生一个新的令牌并将其发送到环路上，以便让其他的节点继续发送数据，该过程如图4.2.7所示。

和令牌总线一样，令牌环也是一种确定型的介质访问控制方法，不会出现冲突而且在采用令牌环的局域网中也可以对各节点设置不同的优先级。

图4.2.7　令牌环的工作过程

令牌环和令牌总线有很多相似点：在重负载时网络的效率较高，在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低；网络管理复杂，网络必须有初始化的功能；当网络中的令牌丢失时，网络中会出现多个令牌将新节点加入到环中以及从环中删除不工作的节点等现象，这些都增加了网络访问控制的复杂性。