1.1 计算机局域网概述

随着社会信息化的发展，计算机已成为现代社会的主要工具之一。人们希望能够将一个局部范围，如一个办公室、一栋写字楼、一个学校、一个企业的计算机通过一定的方法连接起来，以实现计算机之间数据交换，共享网络硬件和软件资源。这样，计算机局域网（Local Area Network，LAN）技术得到了广泛的关注和发展。

1.1.1 局域网的概念

计算机局域网有多种定义，一般有两种说法。一种是体现应用目的的定义：“以相互共享资源方式连接起来，并且各自有独立功能的计算机系统的集合”；另外一种是体现物理结构的定义：“在网络协议的控制下，由一台或多台服务器、若干台终端机（PC）、数据传输设备（集线器、交换机），以及终端机与服务器间、终端机与终端机间、服务器与服务器间进行通信的设备所组成的计算机复合系统”。

国内一些计算机专家对这两种说法的特点进行了综合，将计算机局域网定义为“利用局域网技术（如以太网、令牌环等），把地理上分散的计算机连接在一起，达到相互通信，共享硬件、软件和信息等资源的系统”。

1.1.2 局域网的发展

1969年，由美国国防部高级研究计划署设计开发，ARPANET在洛杉矶的加利福尼亚州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学4所大学的4台大型计算机上采用分组交换技术，通过专门的接口信号处理机和专门的通信线路相互连接，以便这些学校之间共享资源。

ARPANET的研制成功，为计算机网络技术研究奠定了基础。与此同时，多机系统，分布处理研究也取得了进展。所有这些，为局域网技术研究做好了充分的准备。许多大学和研究所的工作人员都在致力于研究如何在一个比较小的地理范围之内，如一个试验室、办公室或一栋楼房，把一些小型机、PC等计算机设备通过通信设施连接起来，以便共享资源，充分发挥这些设备的功能。

1969年，美国贝尔实验室研究了Newhall环形局域网络。1974年英国剑桥大学计算机研究室研究成功了著名的剑桥环局域网络（Cambridge-Ring）。1976年，美国Xerox公司Palo Alto研究中心利用夏威夷大学ALOHA无线电网络系统原理成功开发了以太网（Ethernet），使之成为第一个共享总线式局域网。以太网的问世是局域网发展史上的一个重要里程碑。

进入20世纪80年代，计算机局域网的研制工作开始由实验室走向产品化和标准化的阶段。1980年，美国DEC公司、Intel公司和Xerox公司联合公布了局域网DIX标准（以太网规范），使局域网的典型代表以太网进入规范阶段。1981年，美国IBM公司推出了它的IBM PC个人计算机，后来成为了微型计算机的工业标准。微型机和大规模集成电路技术至少从两个方面有力地推动了局域网的发展。一是微型机价格低廉，普及性强而且应用广泛；但微型机在开始时的致命缺陷是系统资源不足，急需连网以便共享资源，构成实用的强有力的系统。二是大规模集成电路技术从硬件上实现了局域网的低层协议，局域网产品的生产走向规模化，降低了成本，并且提高了系统的可靠性。1984年，IBM公司推出它的IBM PC NETWORK宽带局域网产品，遵循以太网规范，可以用来连接已经有广泛用户的环形局域网产品。IBM环网是最具有代表性的典型局域网产品。

1980年2月，IEEE学会下属的802局域网络标准委员会宣告成立，并相继提出了若干802局域网络协议标准，其中绝大部分内容已被ISO（International Organization for Standardization，国际标准化组织）正式认可，作为局域网络的国际标准。它标志着局域网络协议及其标准化工作向前迈进了一大步。从1980年至今，802委员会已陆续制定了环网、总线网、令牌总线网、光纤网、宽带网、城域网和无线局域网等多种局域网标准。这些标准的制定，大大地推动了局域网的发展。在局域网技术中，形成了以太网和令牌环网为主的两大体系。在此基础上，一些计算机公司开发了许多高层协议软件。

20世纪80年代中后期到90年代，具有较高水平的局域网操作系统（Network Operation System，NOS）也得到了很大发展。对局域网影响较大的操作系统有微软公司的DOS 3.1、3COM公司的3PLUS、Novell公司的Netware、微软公司的Windows NT，老牌操作系统UNIX也内置了网络功能，支持局域网络。

进入20世纪90年代，局域网技术主要朝着两个方面发展：互连和高速。一方面，随着计算技术网络化的趋势，出现了多种新的网络计算（工作）模式，使局域网正朝着应用互连的方向发展。在网络高层协议和操作系统支持下，已实现了LAN-LAN互连。局域网上的计算机也不再只是个人机，关键计算的任务，已经由高档计算机、工程工作站、小型机和专用服务器甚至大型主机组成的网络承担。互连扩大了局域网的应用范围，从某种意义上来说，局域网已不再是“局域”的了。另一方面，随着局域通信技术光纤化的趋势，出现了多种新的光以太网通信技术（如10Gbps以太网标准IEEE 802.3ae），使局域网正朝着高速率、大容量的方向发展。局域网上传输的信息也不再是文本数据，而是融合语音、数据和视频的多媒体信息。局域网速度已经从共享式10Mbps升级到交换式100～1000Mbps，目前最快的以太网交换机带宽可达到10Gbps。

局域网正以其自身的特点和优势，在工业控制领域、校园教育领域、政府办公领域、商业管理领域等都得到了广泛应用。如今的企业网、校园网、政务网、商务网等都是由局域网组成的；局域网就如同网络神经系统的末梢，无处不在，无所不能。

1.1.3 局域网的功能

计算机局域网不仅使计算机超越了地理位置的限制，而且也增强了计算机自身的功能。计算机局域网的功能因网络规模的大小和设计目的的不同往往差别很大，归纳起来，主要功能有以下几点。

（1）资源共享。计算机网络最具吸引力的功能是用户可以共享网络中的各种硬件和软件资源，使网络中的资源互通有无、分工协作，从而避免了不必要的投资浪费，大大提高了资源的利用率。例如，网络办公中共享文件服务器和打印机。

（2）负载均衡与分布处理。当局域网中某个计算机系统任务很重时，可以将部分处理任务传送到网络中空闲的计算机系统去处理，以均衡网络中各个计算机系统的负载。另外，对复杂问题，可以采用适当的方法将任务分散到不同的计算机上进行分布式处理，充分利用各地的计算机资源进行协同工作。例如，网络办公中的文件服务器或打印机负载过重时（用户请求不能及时响应），可增加文件服务器或打印机的台数，将用户请求平均分配给这些文件服务器或打印机，使用户请求得到及时响应，提高工作效率。

（3）信息快速传输和集中处理。局域网可以实现客户机与客户机之间、客户机与服务器之间、服务器与服务器之间快速可靠的信息传输，并可根据实际需要对信息进行分散或集中管理。例如，网络办公中按照工作计划流程，将报表处理流转到数台PC上，汇总报表的形成最终是由服务器系统来完成的。

（4）综合信息服务。应用Internet技术建构的企事业内部局域网，被称为Intranet。Intranet可提供数字、语言、图形、图像等各种信息传输，实现电子邮件、电子会议、网上办公、网上学习等。企事业的Internet为集团的各种业务信息管理与决策、网络化教育、办公自动化及居家办公的工作方式提供各方面的服务，成为信息社会中传递与处理信息强有力的手段。

1.1.4 局域网的特点

局域网是在较小的地理范围内，以共享资源为主要目的，把计算机、网络传输与资源等设备连接起来的一种计算机通信网络。局域网中的计算机主要是个人计算机；资源设备可以是Web信息服务器、文件服务器、打印服务器、数据库服务器、音视频服务器等；网络传输设施包括通信介质（铜线、光缆）网卡、集线器、收发器、交换机及路由器等。归纳起来，局域网具有以下几个特点。

（1）局域网是在较小地理范围之内的网络，其地理范围一般在0.01～20km之间。这样的地理范围可以是一个跨城市的集团组织或者一个集团的建筑楼群，也可以是一栋楼或一个办公室。可见局域网连网非常灵活，甚至两台计算机就可以连成一个对等的局域网。

（2）局域网是专用网。一般由一个部门专有，不需要使用公共通信设施连网，专线使得局域网具有较好的信道质量。

（3）局域网的数据传输率高，误码率低。数据传输率一般在10～1000Mpbs之间，最高时可达10Gbps，而误码率却在10−9左右。

（4）局域网使用共享信道技术，具有独特的介质访问控制方式。例如，以太网的总线结构和基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection，载波监听多路访问/冲突检测）的介质访问控制。这是局域网区别于广域网（Wide Area Network，WAN，地理范围大于100km）最主要的特点。

（5）局域网价格低廉，组网容易，使用方便。