局域网概述

时间:2024-01-27 18:35:26

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 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。