1.3 局域网技术

目前，流行的局域网主要有 3 种：以太网、令牌环网和 FDDI（光纤分布式数据接口）。本节对这3种局域网技术作简单介绍。

1.3.1 以太网和IEEE 802.3

以太网是由施乐公司于20世纪70年代开发的，IEEE 802.3发表于1980年，它是以以太网作为技术基础的。如今以太网和IEEE 802.3占据了局域网市场的最大份额，而以太网通常指所有采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的局域网，包括IEEE 802.3。

以太网和IEEE 802.3是两项较为相似的网络技术，它们都隶属于CSMA/CD LAN，也都隶属于广播网络，换句话说，网络上所有的站点都能监听到网络上的所有数据帧，而不管它们自己是否是数据帧的目标站点；每个站点都必须通过检查接收到的数据帧来判断它自身是否为数据帧的目标站点，如果是，则将数据帧传至当前站点的更高协议层做进一步的处理。

从某种意义上说，以太网和IEEE 802.3之间也存在着细微的差别，以太网提供的服务与OSI参考模型的物理层和数据链路层一致，而IEEE 802.3仅仅规定了物理层和数据链路层的信道访问部分，并没有定义逻辑链路控制协议，这些协议的物理实现可以是主机内的接口卡或者是主机内的主电路板上的电路。

1.物理连接

IEEE 802.3规定了几种不同类型的物理层，而以太网仅仅定义了一种物理层，每一种IEEE 802.3物理层协议都有一个概括它们自身特点的名称。

以太网和IEEE 802.3 10Base 5的各个方面都极为相似，这两个协议所采用的拓扑结构都是总线型的，用连接电缆将末端网络站点和实际的网络传输媒介连接起来。在以太网中，这种连接电缆叫作收发器电缆，它与直接连接在物理网络媒介上的收发器设备连接。IEEE 802.3的配置与以太网基本类似，仅仅在一些名称上稍有差别，如收发器被称作介质连接单元（MAU），连接电缆被称作连接单元接口（AUI）。在这两种情况下，连接电缆连接在末端网络站点接口板（或接口电路）上。

2.数据帧格式

以太网和IEEE 802.3的帧格式如图1-3所示。

以太网和IEEE 802.3的帧格式的开始是一个7字节字段，被称为前同步码。它的作用是通知接收端站点有数据帧到达。前同步码中的内容为互相交替的“0”和“1”。

图1-3所示的数据帧格式中的SOF为数据帧开始的定界标志，其长度为1个字节。目标地址和源地址字段的长度均为6个字节，它们通常包含在以太网和IEEE 802.3接口卡的硬件中。源地址通常是单节点的地址，而目标地址则可以是单节点组成节点的地址，也可以是具有广播性质的全部节点的地址。

在以太网的数据帧中，类型字段具有两个字节，在物理层和数据链路层对数据帧所作的处理结束之后，该字段指明应该接收数据的上层协议；在IEEE 802.3的数据帧中，源地址字段之后是两个字节长的长度字段，它指明在该字段和数据帧检查顺序（FCS）字段之间所包含的数据的字节数。

在类型/长度字段之后是数据帧中的实际数据，在物理层和数据链路层对数据帧所作的处理结束之后，这些数据才被传送给上层协议。对于以太网而言，接收数据的上层协议用类型字段指定；对于 IEEE 802.3来说，接收数据的上层协议必须在数据帧的数据部分内部加以定义，如果数据帧中包含的数据不足64个字节，就需插入相应的默认填补字节以使数据帧的大小达到64个字节。

数据帧检查顺序（FCS）字段中包含有循环冗余校验（CRC）值。CRC 值开始时是由发送数据帧的设备来确定的，然后通过接收数据帧设备的重新计算确定数据帧在传输过程中是否发生损坏。

1.3.2 令牌环网和IEEE 802.5

令牌环网由IBM公司于20世纪70年代开发，至今仍是IBM的主要局域网技术。IEEE 802.5规范几乎完全等同于或兼容于令牌环网。

1.令牌的传递

令牌环网的介质接入控制机制采用的是分布式控制模式的循环方法。令牌环网传递网络的主要特点是在网络上传递一个比较小的特殊格式的数据帧，即令牌。令牌本身并不包含信息，仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。如果网络上的某个节点拥有令牌，就表示它拥有传输数据的权力。如果一个接到令牌的网络站点没有数据需要传递时，令牌就被简单地传递到下一个网络站点。每个站点都在允许的最大时间范围内将令牌保留在手中。

令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用，即网中没有计算机在传送信息；“忙”表示令牌已被占用，即网中有信息正在传送。一个站点需要传输信息时，必须首先检测到“闲”令牌，将它置为“忙”的状态，并在该令牌后面传送数据，然后将这些信息发送给在令牌环路中的下一个站点。当信息帧沿着令牌环路传输时，网络中不存在其他令牌，这样，其他想要传输信息的站点必须等待令牌的到来，因此，令牌环网中通常不会发生冲突现象。

信息帧将沿着令牌环路循环传递，直到它最后到达预定目的站点为止。目标站点复制信息帧中的有关信息留作进一步的处理，然后信息帧继续沿着令牌环路向前传输。当最终到达发送站点时就会被取下，发送站点检查返回的帧，以判断它是否已经被目标站点发现和复制。

令牌环网中的任何站点在传输令牌之前都可以计算令牌传递信息所需要的最大时间，这是它与以太网不一样的地方。

2.物理连接

令牌环网中的站点可以直接与多站访问部件（MultiStation Access Unit，MSAU）相连。MSAU能用电缆连接起来形成一个较大的环。MSAU之间是通过电缆直接连接起来的，MSAU又通过下控电缆与网络站点相连。MSAU中也包括了从环中移去网络站点所需要的旁路中继。

3.优先级

令牌环网中拥有高优先权的网络站点可以较频繁地使用网络资源。

网络站点优先权决定了它能够俘获令牌的概率，只有网络站点的优先权等于或高于令牌包含的优先权值时，该网络站点才能俘获令牌；一旦令牌被俘获且被设置成信息帧时，在令牌沿环的下一轮循环过程中，只有优先权值高于当前传输站点的优先权值的网络站点才能有权使用令牌；当新的令牌产生时，它包含的优先权值比当前传输站点的优先权值还要高；如果某一网络站点提高了它自己的优先权值，在数据传输完成后必须将优先权值恢复到改变以前的状态。

令牌环的数据帧有两个控制优先权的字段，即优先字段和保留字段。

4.错误管理机制

令牌环网采用多种机制来检测和恢复网络中产生的错误。通常，它选择网络上某一个站点作为整个网络的监视器，其主要作用是作为网络上其他站点的定时信息中心并执行一系列令牌环网的维护功能，包括将网上无休止的、连续的数据帧从环上移去，并产生一个新的令牌。

在令牌环网中采用信令指示的算法可以检测和恢复网络中出现的某些类型的故障。信令指示帧定义了错误的大致范围，包括错误发生的网络站点，它与最近的上游邻近网络站点及两站点之间可能发生的所有故障。

1.3.3 光纤分布式数据接口

光纤分布式数据接口（FDDI）标准是由美国国家标准化组织（ANSI）制定的在光缆上发送数字信号的一组协议。它规定了传输速率为 100Mbit/s、采用令牌传递方式和使用光纤作为介质的双环LAN。FDDI规范说明中定义了物理层和数据链路层的介质访问部分，按照OSI参考模型的分层要求，它与IEEE 802.3和 IEEE 802.5非常相似。

FDDI技术最重要的特征之一就是采用光纤作为传输介质，其优点包括安全性、可靠性以及传输速率等方面，较传统的介质要好得多。

FDDI技术所定义的光纤类型有两种：即单模光纤和多模光纤。单模光纤在同一时刻仅允许单一模式的光进入光纤，而多模光纤在同一时刻允许多种模式的光进入光纤。由于多种模式的光进入光纤的角度有所不同，因此它们在光纤中传播的距离也有所不同，因而到达相同的目标所需要的时间也有一定的差别；而单模光纤能够以更大的带宽和更高的传输速率在光纤中传输信息。基于上述特性，单模光纤通常应用于建筑物之间的连接，而多模光纤则应用于建筑物内部的连接。在发送设备中，单模光纤传输系统采用激光束，而多模光纤传输系统采用发光二极管（LED）。

FDDI使用了比令牌环更复杂的方法访问网络。和令牌环一样，也需在环内传递一个令牌，而且允许令牌的持有者发送FDDI帧。和令牌环不同，FDDI网络可在环内传送几个帧。这可能是由于令牌持有者同时发出了多个帧，而非在等到第一个帧完成环内的一圈循环后再发出第二个帧。

令牌接受了传送数据帧的任务以后，FDDI令牌持有者可以立即释放令牌，把它传给环内的下一个站点，无需等待数据帧完成在环内的全部循环。这意味着，第一个站点发出的数据帧仍在环内循环的时候，下一个站点就可以立即开始发送自己的数据。

1.FDDI标准

FDDI的规范说明包括下列4个单独部分。

① 介质访问控制（MAC）：定义访问介质的方式，包括数据帧的格式、令牌的处理、地址的选择、计算循环冗余检测值的算法以及错误的恢复机制等。

② 物理层协议（PHY）：规定数据编码和解码过程，包括定时机制、组帧和解帧过程以及其他的一些功能。

③ 物理层介质（PHM）：定义传输介质的有关物理特性，包括光纤链路、电源的电压、位错误率、光纤的成分和相关的连接设备。

④ 站点管理（SMT）：定义FDDI站点的配置、环的配置及环的控制特性，包括站点的插入和移去、站点的初始化、错误的隔离和恢复以及统计数据的采集和编排等功能。

2.物理连接

FDDI规定采用双环连接，其中一个环作为主环，通常用于数据传输；另一个作为副环，作为备份。双环上数据的传输是互为反向的。

站点与 FDDI双环之间的连接有两种方式：其一，站点只连接在单环上，这种站点称为 B类型站点或单连接站点（SAS）；其二，站点连接在两个环上，这种站点被称作为A类型站点或多连接站点（DAS）。SAS通过集线器与FDDI双环的主环连接，集线器可同时为多台SAS站点提供连接装置，且能保证任何SAS站点出错或断电时都不会影响到FDDI的双环连接。

FDDI技术支持网络带宽的实时分配，使之能够适用于多种不同类型的应用要求，与此同时，FDDI也定义了两个数据传输方式：即同步和异步数据传输方式。同步传输时使用总带宽为100Mbit/s中的一部分，其余带宽则由异步传输来使用。同步带宽通常分配给具有连续传输能力的站点，如具有传输音频和视频等类型数据的站点，其他的站点则异步地使用余下的网络带宽。