2.1 局域网技术简介
根据网络覆盖的范围，网络可分为局域网（Local Area Network, LAN）、城域网（Metropolitan Area Network, MAN）和广域网（Wide Area Network, WAN）。局域网是指覆盖范围在10km之内的网络，如校园网、企业网等，本书涉及的内容主要应用于局域网。
在网络体系结构中，常见的局域网运行的协议有以太网协议（IEEE 802.3）、令牌总线（IEEE 802.4）、令牌环网（IEEE 802.5）。因为目前大部分局域网以IEEE 802.3网络协议为基础运行，所以局域网也常常称为以太网。随着网络技术的发展，以太网的传输速率越来越快，目前网络设备中网络端口支持的以太网速率一般为100Mbit/s（百兆）、1GB/s（千兆）、10GB/s（万兆）。其中，100Mbit/s网络端口将逐渐被淘汰，1GB/s网络端口目前使用最为广泛，其采用超五类或六类双绞线作为传输介质；10GB/s网络端口一般用于主干线路，多采用光纤作为传输介质。
根据以太网的发展过程，以太网有两种组网形式，分别为共享式以太网和交换式以太网。
2.1.1 共享式以太网
1．总线型共享式以太网
共享式以太网是早期局域网技术应用的主流，最初构建在总线型拓扑结构上，使用同轴电缆的细缆或粗缆作为公用总线连接其他节点，其中一个节点是网络服务器，提供网络通信及资源共享服务，其余节点是网络的工作站，总线的两端安装一对50Ω的终端匹配器，如图2-1所示。
共享式以太网采用广播通信方式，总线长度和工作站数目都是有限制的，通常情况下工作站为30台左右。总线型共享式以太网最大的问题就是连接的可靠性很差，只要有一台工作站出现网络故障，就会造成整个网络瘫痪，而且故障点查找十分困难。所以总线型网络在局域网中目前已基本不使用。
图2-1 总线型共享式以太网
2．星形共享式以太网
随着技术的发展，星形结构的共享式以太网逐渐取代总线结构的共享式网。星形共享式以太网通过集线器（Hub）和双绞线将终端设备连接起来，避免了总线型共享式网的缺陷，而且利用多台集线器通过级联或堆叠方式扩展组网。目前局域网虽然不再是共享式网络，但仍采用星形结构的组网方式，如图2-2所示。
图2-2 星形共享式以太网
3．共享式以太网的缺点
以太网采用的是载波侦听多路访问/冲突检测协议（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）实现对介质的访问控制。当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行。
1）侦听信道上是否有信号正在传输，如果有，表明信道处于占用状态，就继续侦听，直到信道空闲为止。
2）若没有侦听到任何信号，就传输数据。
3）传输的时候继续侦听，如发现冲突，则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1）（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送一个拥塞序列，告知所有的节点）。
4）若未发现冲突，则发送成功，计算机会返回到侦听信道状态。
共享式以太网由于采用的是载波侦听多路访问/冲突检测协议，因此是以争用方式使用信道，这就造成了冲突现象，形成了冲突域。理论上无论网络规模有多大，所有接入到此网络的设备都处于同一个冲突域中。冲突域内的一台主机发送数据时，处于同一个冲突域内的其他主机都可以接收到，但只能接收数据，不能发送数据，否则将引起冲突，导致发送失败。
因此，一个共享式以太网中接入的设备越多，冲突就越多，导致信息传输的失败增加，对于用户而言就是网速降低，带宽下降。同时，网络上还有许多广播信息在进行传输，而对于共享式以太网而言，整个冲突域也是广播域，这将进一步造成传输困难。共享式以太网所用的集线器属于物理层设备，无法缩小冲突域，为了改变这一情况，最简单的方法就是使用数据链路层设备，而最典型的数据链路层设备就是交换机。当采用交换机替代集线器后，共享式以太网就变成了交换式以太网。
2.1.2 交换式以太网
交换式以太网是以交换机（Switch）为中心构成的一种星形拓扑结构的局域网，是目前运用的非常广泛的网络结构。
以太网交换机最早出现在1995年，其前身是网桥，交换机使用的算法与网桥基本相同，交换机可简单理解为是一个多端口的网桥，连接在端口上的主机或网段独享带宽。交换机的算法相对简单，硬件厂商将算法进行固化，生产出了交换机的核心ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）芯片，从而实现了基于硬件交换的高速交换机。虽然交换式以太网仍然在半双工的端口上采用载波侦听多路访问/冲突检测协议进行工作，但由于将物理层的集线器换成了数据链路层的交换机，因此交换式以太网无论在性能上还是功能上都得到了极大的提升，成为现在局域网的主要形式。交换式以太网主要有以下几个优点。
1）交换式以太网突出的优点是不需要大规模改变已有网络，如电缆和用户设备的网卡等，仅使用交换机替换集线器就可将共享式以太网转换为交换式以太网，交换机端口可兼容低速设备，实现不同网络的连接，节省了网络改造的费用。
2）交换式以太网同时提供多个通道，比传统的共享式以太网提供更多的带宽，传统的共享式以太网采用广播通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，例如一个24端口的以太网交换机允许24个站点在12条链路间同时通信。
3）交换机在时间响应方面的优点使交换机在局域网中倍受青睐。使用交换机比使用路由器成本低，却提供了比路由器更高的带宽。在不考虑连接广域网或者复杂结构局域网的情况下，可以用交换机替代路由器。
交换机已具备丰富的功能，除强大的处理能力以外，还包括VLAN划分、生成树协议、组播支持、服务质量等。交换机和路由器已成为局域网组网的核心关键设备，交换式以太网成为目前高可靠的组网方式。