3.8 局域网技术
局域网（Local Area Network，LAN），是一种地理范围有限的、把各种计算机设备互联在一起的计算机通信系统。局域网是计算机网络的重要组成部分，为一个单位所拥有，目的是为拥有单位（如企业、学校、商场和机关等）各部门的个人计算机和工作站之间交换信息和共享资源。
传统局域网的典型特性为：高数据率（0.1～100Mbit/s）、短距离（0.1～25km）和低误码率（10-8～10-11）。数据率高于100Mbit/s的称为高速局域网。
局域网常用的拓扑结构有星形网、环形网、总线网和树形网，图3-33中星形结构的以太网获得了非常广泛的应用。树形结构的以太网是总线网的一种变形。
图3-33 局域网的拓扑结构
a）星形网 b）环形网 c）总线网 d）树形网
局域网可使用多种传输媒体。双绞线最便宜，原来只用于低速（1～2Mbit/s）基带局域网。由于双绞线制造技术的提高，近年来双绞线的性能获得了大幅度的提高（超5类或6类双绞线），现在10Mbit/s或甚至100Mbit/s乃至1Gbit/s的局域网也可使用双绞线，双绞线已成为局域网中的主流传输媒体。50Ω同轴电缆可用到10Mbit/s；而75Ω同轴电缆可用到数百Mbit/s。光纤具有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用于环形网中，其数据率可达到1Gbit/s以上。网络技术发展很快，点到点的线路也已开始使用光纤了。
局域网经过20多年的发展，尤其是在快速以太网（100Mbit/s）、吉比特以太网（1Gbit/s）和10Gbit以太网（10Gbit/s）进入市场后，以太网已经在局域网市场中占据了绝对优势，几乎成了局域网的同义词。
3.8.1 以太网的工作原理
以太网是美国施乐公司（Xerox）1975年研制成功的一种电缆连接网络。它是一种基带总线局域网。以太网采用无源电缆作为总线传送数据帧，实现计算机之间资源共享。并以历史上使用电磁波作为传输媒体的“以太（ether）”来命名。
1980年9月，美国DEC公司、英特尔公司（Intel）和施乐（Xerox）三家公司联手提出了10Mbit/s以太网的第一个通信标准DIXV1。随后在1982年又修改成为DIXV2第2版以太网标准，这也是以太网的最后一个版本。
1983年，美国电气和电子工程师学会（IEEE）802委员会的802工作组制订了第一个局域网标准，编号为IEEE 802.3，数据率为10Mbit/s。802.3局域网标准仅对DIXV2以太网标准中的帧格式作了很小一点改动，并允许两种标准的硬件可在同一个局域网上互操作。因此现在都把IEEE 802.3局域网通称为以太网，还规定以太网每个网段的最大通信设备数量为1024个。
由于以太网传输速度快，延时小，误码率低和组网灵活，易扩展，20世纪90年代后，以太网已在局域网市场中取得了垄断地位，以太网几乎已成为局域网的代名词了。
1.IEEE 802标准的参考模型
由于局域网的地理位置范围较小，拓扑结构主要采用总线型、星形、环形和树形等，任意两个站之间只有一条链路，一般无需路径选择，通信控制较简单。网络层的部分功能，如分组寻址、排序、流量控制、差错检测等可纳入链路层完成。
所以，局域网标准只定义了相当于OSI模型中的最下面两层，即物理层和数据链路层。图3-34是IEEE 802模型与OSI参考模型的对应关系。
图3-34 IEEE 802参考模型与OSI参考模型的对应关系
在IEEE 802中，数据链路层分为逻辑链路控制子层（Logical Link Control，LLC）和媒体访问控制子层（Medium Access Control，MAC）。
逻辑链路控制子层（LLC）的主要功能是：差错控制，数据帧编号，建立和释放数据链路层的逻辑连接，提供高层接口，提供不确认的无连接服务（即没有“确认、通信、释放”三阶段的发送接收服务）及面向连接服务（即通信双方都要在线工作，并必须运用“确认、通信、释放”三阶段的发送接收服务）。并与媒体访问控制子层（MAC）共同完成OSI模型中的网络层功能。
媒体访问控制子层（MAC）的主要功能是：寻址、比特流差错检测、维护MAC协议和将上层交下来的数据封装组成帧后进行发送（接收时的过程相反，将帧拆卸）。常用的媒体访问控制方法有：检测数据冲突的载波监听多路访问CSMA/CD、控制令牌（Controltoken）和时槽环（Slotted ring）三种技术。总之，媒体访问控制子层（MAC）是负责解决局域网中多种设备共享传输媒体（介质）时发生的问题。
物理层的任务是提供编码方法、提取时钟信号、发送和接收，并为数据链路层提供服务。
2.MAC帧的格式
以太网MAC帧的格式有两种标准：一种为DIXV2标准，另一种为IEEE 802.3标准，如图3-35所示。
以太网的DIXV2MAC帧较为简单，它由五个字段组成。前两个字段分别为由6B长的目的地址和源地址字段。第三个字段为类型字段，用来标识上一层使用的是什么协议，以便把MAC帧的数据交给该协议。例如，当类型字段的值为Ox0800时，表示上层使用的是TCP/IP协议。如果类型字段的值为Ox8137，则表示该帧是由Novell Netware工作站发送过来的。第四个字段是MAC客户数据字段（简称数据字段），其长度在46～1500B之间。最后第五个字段是由4B组成的帧检验序列（Frame Check Sequence，FCS），检测到的最低误差可小于1×10-14。
图3-35 两种不同的MAC帧格式
a）DIXV2标准 b）IEEE 802.3标准
IEEE 802.3标准规定的MAC帧稍复杂些。它与以太网的DIXV2MAC帧的区别是：
（1）IEEE 802.3的第三个字段是长度/类型字段。这个字段可以用来表示MAC客户数据字段的长度（注意：不是整个数据帧的长度），也可以等同于以太网V2的类型字段。具体地讲：
①若长度/类型字段的数值小于MAC客户数据字段的最大值1500B时，这个字段就表示MAC客户数据段的长度。
②若长度/类型字段的数值大于0x0600（相当于十进制的1536B）时，那么这个字段就表示是类型。因为这个数据值已超过以太网合法的数据字段的长度。
（2）当IEEE 802.3第三个字段表示类型时，那么它和DIXV2的MAC帧就完全一样，它们的MAC客户数据字段是来源于IP层的IP数据报。
当长度/类型字段表示长度时，MAC客户数据字段就必须装入LLC子层的LLC帧。LLC帧的首部有三个字段，即目的服务访问点DSAP（1B）、源服务访问点SSAP（1B）和控制字段（1或2B）。DSAP指出MAC帧的数据应上交给哪个协议？SSAP指出MAC帧是从哪个协议发送来的。LLC帧首部的作用和以太网帧的类型字段差不多。LLC帧数据字段装入的就是网络层的IP数据报。
MAC客户数据字段的长度小于46B时，则应加以填充（内容不限）。这样，整个MAC帧的最小长度为64B（包含14B的首部和4B的尾部），共计64×8bit=512bit。在接收端，凡长度不够64B的帧就都认为是无效帧而被丢弃。
以太网有三种不同的数据交换方式：
（1）单播方式（Unicast），即一对一的传输方式。
（2）广播方式（Broadcast），即一对全体的传输方式。
（3）多播方式（Multicast），即发送给部分站点。
3.CSMA/CD载波监听多点接入/碰撞检测协议
当初提出以太网方案的思路是要寻找最简单的方法将一些相距较近的计算机互相连接起来，使它们可以很方便和很可靠地进行较高速率的数据通信。
以太网把许多计算机连接到一根总线上后，当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据，这种通信方式称为广播式通信。如果总线上每台计算机都有自己唯一的通信地址，在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址，那么，只有数据帧中的目的地址与接收计算机的地址一致时，该计算机才能接收到这个数据帧，地址不相符的计算机，则一律不接收。这样便可实现一对一的通信，或者称为点对点通信，如图3-36所示。
图3-36 计算机点对点通信
为简化通信，以太网采取了两种措施：一种是采用无连接工作方式，即不必先建立连接，就可以向接收方直接发送数据。另一种是不要求收到数据的目的站发回确认收到信息的回执报告。其原因是局域网信道的信号质量很好，产生差错的概率很小。目的站如果收到有差错的数据帧时，就会丢弃此帧。局域网通信协议的高层在经过一定时间后，如果没有收到对方的确认信息报告，就会重新发送这个帧。但以太网并不知道这是一个重传帧，而是当作一个新的数据帧来发送。
在图3-36中还可以看到，网络只允许一台计算机发送数据信息，否则各计算机发送的数据就会发生“数据碰撞”，造成大家都无法正常发送数据。为此，以太网采用了一种特殊的协议来协调各计算机在总线网络上因为“多点接入”产生的问题。这个特殊协议就是载波监听多点接入/碰撞检测（Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Detection，CSMA/CD）。
CSMA/CD协议的实质是对连接在一根总线上多点接入的许多台计算机（理论上允许最多为1024台）实施“载波监听”和“碰撞检测”，从而对计算机的收发通信实行有效的管理。
“载波监听”是指每个站点（局域网上的计算机通常称为主机、工作站和站点等）在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发送数据，以免发生数据碰撞。
以太网标准规定各计算机发送的数据都使用曼彻斯特编码的基带信号。PCM脉冲编码调制的二进制基带数字信号是以高电平为“1”和低电平为“0”不断交替的数字信号。这种最简单的基带信号的最大问题是当出现一长串的连续“1”或连续“0”时，在接收端无法从收到的比特流中提取位同步信号。曼彻斯特编码则可解决这一问题。它的编码方法是将每一个码元再分成两个相等的间隔。即码元“1”的前半个间隔为高电平，后半个间隔为低电平。码元“0”则刚好相反。这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间时刻出现一次电平转换，对接收端提取位同步信号是非常有利的。它的缺点是占有的频带宽度比原始的基带信号（如PCM编码信号）增加了一倍。另一种解决无法从收到的比特流提取位同步信号的方法叫做差分曼彻斯特编码，它可获得更好的抗干扰性能，但需要较复杂的技术。
以太网的最低数据率是10Mbit/s，这样高的数据率，耳朵是听不见的。因此，“载波监听”是用电子测量方法检测网络总线上信号电平的摆动值来实现的。
“碰撞检测”又称“冲突检测”。因为碰撞就会发生冲突。发生碰撞时，总线上传输的信号就会发生严重失真，无法再恢复出原来有用的信息。因此，每个发送数据的站，一旦发现总线上出现了数据碰撞，总线上的信号电平摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上出现了至少有两个站同时在发送数据。就必须立即停止发送，免得影响通信和浪费网络资源。然后再等待一段随机时间，待信道监听（或监测）为“空闭”后再继续发送。
CSMA/CD检测需要花费时间。对于基带传输总线而言，在最坏的情况下，检测一个冲突时间至少要等于两倍于任意两个站之间的数据传播延时。
为确保发送数据的站点在传输过程中能检测到可能存在的冲突，数据帧的发送延时ΔS应大于两倍传播延时（2ΔT）。也就是说，要求分组（Packet）的长度不能小于某个值，否则在检测出冲突之前传输已经结束了。由此可得出在CSMA/CD总线网络中最短数据帧长度的计算关系式：
显然，在一条通信线路上，一个站点不可能同时进行发送和接收，因此，使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信，只能进行双向交替通信（半双工通信）。但是，如果采用双网络通信，则可实现全双工通信。
4.争用期
以太网端到端的往返延时2τ称为争用期（Contention period），争用期又称为碰撞窗口（Colli-sionwindow）。这是一个很重要的参数。因为一个站在发送完数据后，只有通过争用期的“考验”，即经过争用期这段时间还没有检测到碰撞时，才能肯定这次发送是成功的。
当某个站正在发送数据时，如果另外有两个站也要发送数据，这两个站首先要进行载波监听，发现总线忙时就等待。当总线变为空闲时，就立即发送自己的数据。由于载波监听的时间还在争用期2τ之内，因此必然会发生数据碰撞，经检测发现了碰撞，就立即停止发送。再等待，再重新发送……这样下去，一直不能成功发送。当然，这是一个特例，但是必须设法解决。
以太网使用“截断二进制指数类型（Truncated binary exponentialtype）”的退避算法来解决争用期这一问题。它的过程如下：
发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送数据，而是推迟（称为退避）一个随机时间，这种推迟重传是为了减小再次发生数据碰撞的概率。基本退避的时间一般取为争用期2τ。如果再次发送时还是发生碰撞，那么再推迟一个退避时间2τ后再发送。因此重传的推迟时间是在0，2τ，4τ和6τ这四个数之间随机地选取一个。依此类推。若连续多次发生冲突，就表明可能有较多的站参与争用信道，因此，各站应在更大的整数集合中随机选择自己的退避时间，才能减少再次冲突的概率。
退避算法使重传推迟的平均时间随重传次数的增加而增大（称为动态退避），有利于使整个系统稳定。但是当重传达到16次仍不能成功时（说明同时要发送数据的站太多，以致连续发生冲突），则丢弃该数据帧，并向高层报告。
以太网取51.2μs作为争用期的时间长度。对于10Mbit/s的以太网，在争用期内可发送512bit，即512/8=64B。因此以太网在发送数据时，如果前64B没有发生冲突，那么后续的数据就不会发生冲突。换句话说，如果发生冲突，一定是在前64B之内。由于一经检测到冲突就立即停止发送，所以以太网规定，凡长度小于64B的帧都是无效帧。
为了使每个站都能尽早地知道是否发生了碰撞，以太网还采取一种叫做强化碰撞的措施。这就是当发送数据的站一旦发生了碰撞，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号（Jammingsignal），以便让所有用户都知道现在已经发生了数据碰撞。
3.8.2 局域网协议标准
局域网是一种小区域范围的通信网络。从协议层次的观点看，它包含着OSI中对应的最下面3层（物理层、数据链路层和网络层）的功能。再加上高层协议和网络软件才能组成计算机局域网通信系统。
实际上，局域网参考模型的网络层功能已纳入数据链路层，不用单独设置网络层。因此，局域网只包含OSI参考模型的最低两层，即物理层和数据链路层，如图3-37所示。
为了与OSI相对应，局域网的数据链路层又细分为逻辑链路控制子层（Logical Link Control，LLC）和媒体访问控制子层（Medium Access Control，MAC）。LLC子层提供一个或多个服务访问点（Service Access Point，SAP）与高层联系，以复用的形式建立“多点—多点”之间的数据通信。MAC子层用来管理经过链路的多路通信和数据链路层中常规具有的组帧、拆帧、流量控制等功能。
为了提供多个高层实体的支持，多个LLC服务访问点（LSAP）在LLC层的顶部实体（A）、（B）和（C）提供接口端。多个网际服务访问点（NSAP）在网际层的顶部实体（D）、（E）和（F）提供接口端。媒体访问控制服务点（MSAP）向单个LLC实体提供单个接口端。物理服务访问点（PSAP）向单个MAC实体提供接口端。
图3-37 IEEE 802体系结构和参考模型（局域网LAN和城域网MAN）
IEEE 802局域网协议标准系列的介绍：
IEEE 802是局域网协议标准系列，它已被美国国家标准协会（American National StandardsIn-stitute，ANSI）采用成为美国国家标准。还被国际标准化组织（Inter-National Organizationfor Stand-ardization，ISO）作为国际标准，称为ISO8802-X。
为了解决各种无线网络设备互连的问题，美国电气电子工程师学会（IEEE）推出了IEEE 802.11无线协议标注。目前802.11主要有802.11b、802.11a、802.11g和802.11n四个标准。最初开始推出的是802.11b，它的传输速度为11MB/s，因为它的连接速度比较低，随后推出了工作在5GHz频段的802.11a标准，它的连接速度可达54MB/s。但由于两者不互相兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b标准且与802.11a速率上兼容的802.11g标准，这样通过802.11g，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用了。
IEEE 802.11g同802.11b一样，也工作在2.4GHz频段（无线传输的工作频率范围）内，比现在通用的802.11b速度要快出5倍，并且与802.11b完全兼容，在选购设备时建议弄清是否支持该协议标准。
802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbit/s增加至108Mbit/s以上，最高速率可达320Mbit/s，成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。和以往的802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段）。这样802.11n保障了与以往的802.11a、802.11b和802.11g标准的兼容。
图3-38是IEEE 802局域网协议系列的组成。图中各协议的名称及内容简释如下：
图3-38 IEEE 802局域网标准系列
IEEE 802.1a：体系结构（1995）。
IEEE 802.1b：寻址、网间互联和网络管理（1995）。
IEEE 802.2：逻辑链路控制LLC（1998）。
IEEE 802.3：CSMA/CD载波监听多址访问/碰撞检测和物理层技术规范（1998）。
IEEE 802.3i：10Base-T访问控制方法与物理层技术规范（1998）。
IEEE 802.3u：100Base-T访问控制方法与物理层技术规范（1999）。
IEEE 802.4：TokenBUS（令牌总线）访问控制与物理层技术规范（1990）。
IEEE 802.5：TokenRing（令牌环）访问控制与物理层技术规范（1997）。
IEEE 802.6：城域网访问控制与物理层技术规范（1994）。
IEEE 802.7：宽带局域网技术标准（1997）。
IEEE 802.8：FDDI光纤网络技术标准（1989）。
IEEE 802.9：IVDLAN集成化语音数据局域网（1996）。
IEEE 802.10：SILS可互操作的局域网安全标准（1998）。
IEEE 802.11：无线局域网标准（1999）。
IEEE 802.11a：5GHz波段高速物理层规范，传输速度为54MB/s。
IEEE 802.11b：2.4GHz波段高速物理层规范，传输速度为11MB/s。
IEEE 802.11g：兼容IEEE 802.11a和IEEE 802.11b，但速度要比IEEE 802.11b快出5倍。
IEEE 802.11n：双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段）协议，兼容IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准。
IEEE 802.12：按需优先协议（100VG-AnyLAN）（1998）。
IEEE 802.14：利用CATV宽带通信的标准（1998）。
IEEE 802.15：无线私人网（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）。
IEEE 802.16：宽带无线访问标准（BroadbandWirelessaccessstandards）。
3.8.3 以太网的结构
图3-39是以太网的结构和实现方法。采用10Base5粗电缆传输媒体。其功能包括数据链路层和物理层。由收发器、收发器电缆、控制器、50Ω同轴电缆和50Ω终端匹配器等5部分组成。
收发器的功能是：接收或发送信号、检测总线上的信号碰撞以及实现站和总线电缆的接地隔离。
收发器电缆由4对电缆芯线组成，连接控制器和收发器。它的功能是传送数据和控制信号，给收发器提供电源。
传输系统由50Ω粗同轴电缆和终端匹配电阻两部分组成。终端匹配器的作用是吸收电缆终端对发射信号的反射。
以太网控制器是以太网结构的核心部件。它的功能包括：站点接口、数据包装、链路管理和编码解码。它完成了全部数据链路层的功能和接口功能及编解码功能。
由于电缆长度限制在500m以内，见表3-4，为了扩展总线长度，可以采用中继器灵活配置。图3-40、图3-41和图3-42分别表示3种不同大小的网络结构。
图3-39 以太网的结构
表3-4 10Mbit/s基带信号局域网的特性
以太网可使用多种电缆作为传输媒体。用的最多的是10Base-T双绞线。“10”表示信息传播的速率为每秒10Mbit。“Base”表示电缆上传输的信号为采用曼彻斯特编码的基带信号，“T”代表是双绞线电缆。下面是对几种电缆的具体介绍：
图3-40 小型以太网结构
图3-41 中型以太网结构
（1）双绞线电缆（10Base-T和100Base-TX）可支持的最大传输距离为100m。
（2）同轴电缆。粗同轴电缆10Base5（电缆直径10mm，特性阻抗50Ω），“5”代表可支持的最大传输距离为500m；细同轴电缆10Base2（电缆直径5mm，特性阻抗50Ω），“2”代表可支持的最大传输距离为200m。
（3）光缆。10Base-F（多模光纤电缆，光纤直径为62.5mm，传输光线波长为125μm），可支持的最大传输距离为2000m。单模光纤的衰减小，在2.5Gbit/s的高速率下，可传输数十千米而不必采用中继器。
10Base5粗缆以太网是最初使用的以太网。网卡通过DB-15型连接器（15针）与收发器电缆相连接。收发器电缆的正式名称是AUI（Attachment Unit Interface）。它的另一端连接到收发器。收发器电缆（AUI）不能超过50m。收发器由两部分组成：一部分是媒体有源连接单元（Medium Attachment Unit，MAU），另一部分是无源的插入式分接头（Tap），称为媒体相关接口（Medium Dependent Interface，MDI），它直接插入到电缆中（不用切断电缆）就能与同轴电缆的内导体良好地接触连接。
图3-42 大型以太网结构
10Base2以太网电缆的连接采用无源的、标准的BNCT型连接器，发送器装在计算机的以太网控制板上。
10Base-T以太网采用双绞线连接。用集线器Hub与众多的双绞线对连接。这种双绞线以太网配线十分方便，故障检测也十分容易，造价不高，因此被广泛采用。
10Base-F以太网采用光纤连接，抗干扰性能优良、传输衰减小和频带宽等是它的最大优点，适用于大楼间连接和场地很分散的连接，但连接器和光纤等价格稍贵。
图3-43为3种802.3局域网线缆的连接方法。
图3-43 3种以太网的连接方法
a）粗缆以太网10Base5 b）细缆以太网10Base2 c）双绞线以太网10Base-T
3.8.4 高速以太网
传输速率为10Mbit/s的以太网称为传统以太网。随着技术不断进步，要求传输速率越来越高，1993年100Mbit/s以太网产品已经问世。进入21世纪后，又陆续推出了千兆以太网（吉比特以太网）和万兆以太网（10Gbit以太网）。为了区分这些不同速率的以太网，我们把100Mbit/s及超过100Mbit/s以太网统称为高速以太网，同时又把100Mbit/s的以太网命名为快速以太网。
1.100Mbit/s快速以太网
100Base-T是在双绞线上传送100Mbit/s基带信号的星形拓扑以太网，仍使用IEEE 802.3和CS-MA/CD协议。所有的媒体（介质）访问控制MAC算法不变，只是将有关的时间参量加速10倍。
共享传输媒体的快速以太网（Fast ethernet）与10Mbit/s传统以太网使用同样的线缆配置、同样的软件，并由大量生产厂商支持，为用户提供了10Base-T平滑过渡到100Mbit/s性能的方案。表3-5是传统以太网与快速以太网的比较。
表3-5 传统以太网与快速以太网的比较
为提高以太网信道的利用率，这里引用了一个非常有用的参数a，它是总线单程传播延时τ与帧的发送延时T0之比：
式中，τ是总线单程的传播延时，单位为s；C是数据速率，单位为（bit/s）；L是数据帧长度，单位为bit。
参数a与信道利用率的最大值Smax的关系如下：
从式（3-6）和式（3-7）可以看出，数据帧长度L越短，则参数a就越大，信道利用率的最大值Smax就越小。图3-44是帧长度L与站数N对信道利用率最大值Smax的影响。
快速以太网的数据速率C比传统以太网的速率提高了10倍，为保持参数a不变，可以将数据帧L的长度增加到10倍，或者将网络电缆的长度（单程传播延时τ）减小到原有数值的1/10。
100Mbit/s快速以太网采用保持最短数据帧长度不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减小到100m。帧间的时间间隔从原来的9.6μs改少到0.96μs。
快速以太网的编码采用“3电平传输（MLT-3）”的编码方式。MLT-3是一种三元制编码，即用正、负和零三种电平传送信号，这样可使基带信号的主要能量集中在30MHz以内，减少对外辐射的影响，如图3-45所示。
100Base-TX使用两对UTP或STP5类或6类双绞线。其中一对用于发送，另一对用于接收。
100Base-FX使用两对光纤的光缆，其中一对用于发送，另一对用于接收。信号编码采用NRZ1不归零编码方法。
100Base-T4是使用4对UTP3类或5类双绞线，这是为已使用UTP3类线老用户设计的，信号编码采用8B6T-NRZ不归零编码方法。
快速以太网的传输媒体支持结构化布线，包括3类、4类、5类和6类无屏蔽双绞线（UTP）、150Ω屏蔽双绞线（STP）和光纤。各类传输媒体可通过中继器或交换机连接混用。表3-6是三种不同类型收发器支持的线缆。
图3-44 数据帧长度L与站数N对Smax的影响
图3-45 MLT-3编码方法
注：1.如果数据是“1”，那么从当前电平转至下一级，例如，1111=+1，0，-1，0。
2.如果数据是“0”，则不改变电平。
3.100Base-FX使用NRZ1。
表3-6 三种不同类型收发器支持的线缆
3类UTP在100Base-T4中使用时，数字信号的速率仅为25Mbit/s。为能提升到更高的传输速率，在100Base-T4中需要4对这种双绞线缆并联使用。这样就解决了原来只能用于100Base-T的无屏蔽双绞线也能在100Base-T4中使用的问题。100Base-FX多模光纤的最大传输距离可达2km。其他各类双绞线缆的收发器都只支持100m距离。
快速以太网可根据用户需求组成不同性能的局域网，并且允许10Mbit/s和100Mbit/s两种不同速率的以太网混合使用。表3-7是4种类型的以太网集线器。
表3-7 4种类型的以太网集线器
10Mbit/s传统以太网升级到100Mbit/s快速以太网非常方便。用户只要更换一张网卡，再配上一台100Mbit/s集线器，不必改变网络的拓扑结构。所有在10Base-T上的应用软件和网络软件都可保持不变。100Base-T的网卡有很强的自适应性，能够自动识别到10Mbit/s和100Mbit/s。
2.千兆以太网
千兆以太网的数据速率在1Gbit/s以下（1Gbit/s=1000Mbit/s），故又称吉比特以太网。千兆以太网遵守同样的以太网通信规程，即使用CSMA/CD访问控制方法，因此仍然是一种共享传输媒体的局域网。千兆以太网发送到网上的信号是广播式的，接收站根据目的地址接收信号。网络接口硬件能监听线路上是否存在信号，避免发生数据碰撞，在线路空闲时重发数据。可以半双工通信，也可设计成全双工通信。图3-46表明在不同速率下IEEE 802.3以太网的参考模型。
图3-46 不同速率的IEEE 802.3以太网参考模型
注：AUI=连接单元接口。
GMII=109bit介质独立接口（选件）。
MDI=介质依赖接口。
MII=介质独立接口（选件）。
PCS=物理编码子系统。
PHY=介质依赖PHY组。
PLS=物理层信令子系统。
PMA=物理介质连接子系统。
PMD=物理介质依赖子系统。
千兆以太网的传输媒体有铜线和光纤两种标准。1000Base-CX，CX表示铜线。使用两对短距离的屏蔽双绞线电缆，最大传输距离为25m。1000Base-T是使用4对超5类无屏蔽双绞线电缆，最大传输距离为100m。表3-8是四种传输媒体在三种以太网中的最大传输距离。
表3-8 四种传输媒体在三种以太网中的最大传输距离
注：ha：双半工，fd：双全工。
1000Base-SX（850nm波长）多模光纤可支持300m传输距离。1000Base-LX（1300nm波长）多模光纤可支持550m传输距离。单模光纤可支持更远传输距离。
千兆以太网工作在半双工方式时，必须采用碰撞检测。由于它的数据速率比快速以太网又提高了10倍，为使参数a保持为较小的数值，要把一个网段的最大电缆长度减小到10m，那么这个网络也就失去了实用价值。
如果把最短数据帧的长度提高10倍，即640B，则发送短数据时的开销又太大了。千兆以太网采用了一种新的“载波延伸（Carrier extension）”的方法，使最短数据帧长度仍为64B（这样还可保持兼容性）和保持一个网段的最大长度仍为100m。载波延伸法是将争用期长度增大到512B。凡发送的MAC帧的长度不足512B时，就用一些特殊的字符填充在帧的后面，使MAC帧的发送长度增大到512B，如图3-47所示。
图3-47 在短MAC帧后面加上载波延伸
接收端收到以太网的MAC帧后，把填充的特殊字符删除后再向高层交付。
为了便于发送很多短帧，千兆以太网还增加了一种称为分组突发（Packet bursting）的功能。当需要发送很多短帧时，第一个短帧需采用上面所说的载波延伸方法进行填充，随后的一些短帧则可以一个接一个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成了一串分组突发，直到1500B为止，如图3-48所示。
图3-48 分组突发的数据帧
千兆以太网工作为全双工方式时，不使用载波延伸和分组突发。千兆以太网交换机（交换集线器）可以直接与多个图形工作站相连，也可用作百兆以太网的主干网，与几个100Mbit/s（或1Gbit/s）以太网集线器相连，然后再与大型服务器相连在一起，如图3-49所示。
3.万兆以太网
万兆以太网又称10Gbit以太网，它的数据速率为10Gbit/s。著名的Moore（摩尔）定律告诉我们，集成电路芯片的集成度每18个月提高一倍，随之引起的PC处理能力也以同样的速度增长。由一个反映网络发展速度的Metcalfe定律，表明网络性能的增长速度等于网上PC数量的二次方，也就是说网络的带宽每年提高了3倍。
10Gbit以太网并非将吉比特以太网的速率简单地提高到10倍，这里有许多技术问题需解决。1999年3月，IEEE成立了高速研究组（High Speed Study Group，HSSG），致力于10Gbit以太网的研究。2002年完成了10Gbit以太网标准的制订。10Gbit以太网具有以下主要特点：
图3-49 千兆以太网的配置举例
（1）10Gbit以太网的数据帧格式与10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。它保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，便于用户升级使用。
（2）10Gbit以太网不再使用铜线，只使用光纤作为传输媒体。使用长距离（超过40km）的光收发器和单模光纤接口。也可以使用较便宜的多模光纤，但传输距离仅为65～300m。
（3）10Gbit以太网只允许工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。使它的传输距离不再受到碰撞检测的限制。
（4）10Gbit以太网没有同步光纤网（Synchronous Optical Network Synchronous Digital Hierarchy，SONET/SDH）的同步接口，只有异步以太网接口。因此与SONET/SDH网连接时并不是全部都能兼容。
由于10Gbit以太网的出现，以太网的工作范围已从局域网（校园网、企业网）扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。端到端的以太网连接，使帧的格式全部都是以太网的格式，不需要再进行帧格式的转换，简化了操作和管理。
以太网从10Mbit/s到10Gbit/s的发展，证明了以太网具有以下特点：
（1）可扩展性（从10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s到10Gbit/s）。
（2）灵活性（多种传输媒体、全双工/半双工和共享/交换）。
（3）易于安装。
（4）稳定性好。
（5）性能价格比高（比令牌环网、FDDI网等的性价比高）。
千兆以太网和万兆以太网的问世，使以太网的市场占有率进一步地得到了提高。使ATM网在城域网和广域网中的地位受到更加严峻的挑战。
由于市场对高速、远距离网络的需求日益增长，所以拥有100Mbit/s的FDDI在20世纪90年代初期曾获得了较快发展，但是由于FDDI的芯片过于复杂而价格昂贵，自从快速以太网大量进入市场后，在100Mbit/s局域网领域中，FDDI已很少有人愿意使用了。
3.8.5 Cobranet网络
Cobranet是一种目前非常流行的，架构在标准以太网上的音频传输网络。它使用标准的100Mbit/s快速以太网，同时也支持光纤和1000Mbit/s高速以太网传输媒体。
Cobranet采用无压缩的PCM数据编码的方法，支持48kHz和96kHz取样率，量化分辨率为16bit、20bit和24bit三种，默认的是48kHz、20bit。Cobranet比CD光盘的音质更佳，可方便地满足广播电（视）台直播间之间、录音棚各录音间之间的节目交换，是体育场馆、主题公园、广场、广播电视、大型现代演出、智能会议系统和楼宇智能音频系统等大型音频工程实现信号处理、音频资源共享和简化系统结构的最佳方法。
Cobranet以其良好的互动性、优良的声音质量、可靠稳定的传输、低成本的造价和良好的商业运作机制以极快的发展速度迅速占领了专业音响市场。并得到了CROWN、QSC、HARMAN、Peavey、dbx、Sabine、BSSAudio、Biamp和R-H等数十家国际著名的一流专业音响设备公司的支持。从某种意义上讲，由于Cobranet技术的带动，使整个专业音响行业加快了向智能化、数字化和网络化方向迈进的速度。
Cobranet可用1对UPT5类双绞线实现64个通道、无压缩、高音质的双向传输（双工运行）。如果采用光纤传输，则可以轻易地实现数千米的无损耗传输。
Cobranet技术采用美国PeakAudio公司2002年推出的CobranetTM专利技术和编解码器（Cobra netcore）。它的信号传输单元Bundle是以8个音频通道为一个数据包。运用标准以太网架构下的网络传输协议，也就是说它是运行在数据链路层和物理层两个低层上的传输协议，不涉及数据链路层以上的高层协议。
由于Cobranet传输的是无压缩的数据信号，需要的带宽较大。例如一个通道的音频数据量为48kHz×20bit=0.96Mbit/s，再加上通道的地址数据、控制数据和以太网的报尾FCS等公共数据，使得包括8个音频通道的每个Bundle的实际数据流（比特流）接近9Mbit/s左右。使用100Mbit/s快速以太网进行数据传输时，最多只能容纳11个Bundle（100Mbit/s/9Mbit/s=11Bundle），即11×8=88个音频通道。实际上100Mbit/s的快速以太网可传送的最大音频通道数不能超过64个。Cobranet也同时支持1000Mbit/s高速以太网和光纤传输媒体。
图3-50是标准以太网的媒体访问控制MAC帧的格式（DIXV2）。图中的虚线部分表示在MAC帧发送之前由物理层封装的连续发送7B的10101010前导字段和1B的10101011起始界定符。这8B是提醒网络内所有的接收器，现在开始传送新的MAC帧了。
接下来就是传送MAC帧所要发往的目的地址和发送方的源地址各6B的信息。由于MAC地址在网络中是全球唯一的，这就意味着全世界的所有网卡都不能有相同的MAC地址编号。国际上负责分配MAC地址编号的组织是美国电气与电子工程师学会（Institute of Elec-trical and Electronics Engineers，IEEE），他们负责给每位申请者分配一个称为“机构唯一标志符”OUI3B地址的前缀。例如，Inter公司的OUI是X’00-97-27（X’表示后面的数字是十六进制）。Cobranet版权公司PeakAudio的OUI是X’00-60-28。后面3B的地址由获得的公司自行分配。因此所有具有Cobranet接口的设备，它的MAC地址的前三位一定是X’00-60-28。
图3-50 以太网的MAC帧
MAC帧的第三部分是以太网协议的类型（Ethertype）。也就是当一个网卡按MAC地址接收到了一系列数据包后，它依据什么来判断这个数据包是Cobranet数据包呢？这2B就包括了以太网类型的全部信息。Cobra net的Ethert ype为X’08-19，英特尔的Ethertype是X’08-01等等。
网卡按照收信地址收到一个以太网帧以后，就可以通过MAC报头第13、14帧的内容判断出这个数据包应该交给哪个处理模块进行处理。例如，当网卡发现以太网的类型是X’88-19时，就将这个数据包转交给Cobra net core解码芯片进行处理；如果是X’08-00，则网卡将这个数据包交给上层（网络层）按IP数据包进行处理。
MAC帧报头（目的地址、源地址和协议）数据处理完成后，接下来就是把46～1500B的数据交给与网络类型协议对应的处理模块进行处理。
MAC帧的最后还有4B的帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS），负责检查整个MAC帧的数据的准确性。对于整个数据帧来说，1bit的错误信息可以有99.9%的概率被检测出来。这样，数据层就完成了一个完整MAC帧的传输工作，准备接收下一个帧。图3-51是一个MAC帧结构的另一种表示方法。图3-52是TCP/IP以太网通信中使用的一个完整的MAC帧。
应注意，MAC帧只是完成了数据链路层（OSI第二层）协议的工作。当数据传输到目的地之后，MAC帧已被打开，将图中的“数据”部分传送到上层协议中，上层协议的处理单元还要继续分析这个数据包。假设图3-52表示的数据包是为因特网服务的（协议字节为X’08-01），那么，这个数据块中还包含因特网的目的地址（IP地址）、源地址（IP地址）、协议（TCP协议）和IP数据包，就像一个大的数据包中包含着一个小的数据包一样。这个过程我们称为“封装”，如图3-52所示。
图3-51 MAC帧结构的另一种表示方法
图3-52 为因特网服务的一个完整的MAC帧结构
从上面的例子可以看出，网络数据按照各自的功能，由各层的处理模块完成。高层协议的数据包在底层数据包中封装，不能互相“越权”处理。
Cobranet以太网类型的编号为X’88-19。它的MAC帧从数据层开始就被Cobranet解码器处理了，不能再进入到网络层（IP协议所在层）。
Cobranet数据包也类似于图3-53那样被“封装”在MAC帧中，此MAC帧标注的协议类型为X’88-19，因此这个数据包不会再向高层传送而直接送到了数据链路层中的Cobranet同步解码器（Cobra net core）。在同步解码器中识别的Cobranet数据包中包含下列三种类型的信息协议：Beat数据包协议、预约数据包协议和音频数据包协议，如图3-53、图3-54和图3-55所示。
图3-53 一个完整的CobranetMAC帧结构
Cobranet为实现音频信号能实时传送和获得高质量的音频信号，引入同步通信概念，实施优先级管理。全部Cobranet设备必须按优先顺序等级在网络中排队发送。用一个称为Conductor的装置发送网络传输信息，它在Cobranet网络中充当系统的“总指挥”或“总裁判”，在网络中建立起一个“同步节奏”。当计算机的发送请求得到批准后，便可开始向目的地址发送同步数据。这个目的地址可以是一个（称为单播），也可以是多个（称为组播）或全部（称为广播），区分的依据是Bundle的号码。
图3-54 Beat数据包结构
图3-55 音频数据包结构
系统中所有的Cobranet设备都有一个事先固定好的Conductor优先级参数，连接到大系统上后，他们都会自动向网络中的其他Cobranet设备通报各自的优先级参数，各设备在经过比较之后，优先级最高的一台设备就自动成为Conductor“总指挥”了。
图3-53是封装在CobranetMAC帧中的一个Beat数据包，它是由网络中唯一的Conductor发出的。这个数据包大约为100B，每秒发送750次，总共占用1MHz带宽。目的是建立起一个同步的时钟节奏，保证Cobranet各设备都能在一个“步调”上传送，不会发生数据碰撞。
图3-54是预约数据包的结构。它的作用是每个Cobranet设备（发送和接收）定期（1次/s）向Conductor发出预约传送（或接收）请求，并等待批准。另一个作用是向网络公布自己的Cobranet优先级和IP地址。
图3-55是音频数据包的结构。Cobranet传送的音频数据是不经压缩的PCM数据信号，因此音质极好。当然它的数据量也是很大的（每个通道需要48kHz×20bit=0.96Mbit/s）。
音频数据包在Cobranet数据中占有很大的带宽。一个数据包包括大约1280B的数据，每个Bundle包含8个PCM音频数据通道。一个Bundle在48kHz、20bit取样率下，大约要8Mbit/s带宽。
综上所述，一个完整的CobranetMAC帧应包含：
（1）以太网报头（目的地01-60-2b-ff-ff-01，协议8819）。
（2）三个Cobranet报头为Beat报头、预约数据包头和音频数据包头。
（3）三个数据包的传输协议。
（4）8个PCM音频数据包。
（5）循环冗余检验码（Cyclic Redundancy Code，CRC）。
3.8.6 以太网的最大作用距离
考虑到电缆的衰减和延时等因素，在802.3标准中对传输系统的要求作了详细的规定。例如，任意两个站之间最多可以有三个同轴电缆段。图3-56是由3个同轴电缆网段组成的一个扩展的以太网。802.3标准还规定，转发器点到点链路的总长度不能超过1000m。在图3-56中，网段1和网段2各通过一个转发器经过750m同轴电缆组成点到点相连的链路。网段2和网段3各通过一个转发器经过250m同轴电缆组成点到点相连的链路。此外，还有3段500m长的连接同轴电缆和在6个连接点上各有50m长的连接电缆，因此从通信点A到通信点B之间的总长度可达到2.8km。为减少两个转发器之间较长链路带来的干扰，转发器之间还可采用光纤链路。
图3-56 用转发器扩展以太网的作用距离
以太网还规定一个网上的最大站数为1024，实际上还达不到这个数量。因为以太网还规定，每个同轴电缆网段最多只能安装100个站。
为克服10Base5粗同轴电缆以太网的价格高和安装不便等缺点，1985年以后，由10Base2细同轴电缆代替10Base5开始风行。直径为5mm、特性阻抗为50Ω的细同轴电缆不仅价格便宜、便于小角度转弯，并可直接连接到机箱。每个网段的最大长度为185m（粗同轴电缆网段的最大长度为500m）。细同轴电缆可直接用标准BNCT型接头与网卡上的BNC连接器连接。
1990年，IEEE又制订了采用10Base-T无屏蔽双绞线星形网络标准802.3i。10Base-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。但是它安装简单、成本低廉和可靠性高，它的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，也为以太网能在局域网中保持统治地位奠定了牢固的基础。
为了比较这三种以太网布线方案，图3-57列出了办公室采用三种不同方式的布线方案。
（1）粗电缆以太网通常是在紧靠办公室走廊的天花板上安装同轴电缆。如果收发器出现故障，需进行检查或修理时是很困难的。而且如果前面的接头不好，会影响后面的计算机工作。
图3-57 三种以太网布线方案比较
a）粗缆以太网 b）细缆以太网 c）使用双绞线
（2）细电缆以太网。电缆的接头就在计算机旁边，维修和检查较方便。由于接头太多，而且只要有一个接头接触不良就会导致全网瘫痪。
（3）双绞线以太网。采用星形网络，集线器的每个端口通过双绞线与计算机单独连接，因此如果某条线路出了故障，不会影响全局，只是影响对应的一台机器。
价格方面，粗缆以太网最贵，双绞线以太网最便宜，施工也最方便，因此得到广泛应用。表3-9是四种以太网的主要技术特性。
表3-9 四种以太网的主要技术特性
3.8.7 无线局域网
无线局域网（Wireless Local-Area Network，WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。通俗点说，无线局域网就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着实际需要移动或变化。
无线局域网具有传统局域网无法比拟的灵活性，通信范围不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十千米。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500m，即使采用单模光纤也只能达到3000m，而无线局域网中两个站点间的最大距离可达到50km，距离数千米的建筑物中的网络可以集成为同一个局域网。
无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。
1998年，IEEE制订了无线局域网通信协议标准802.11。802.11标准规定了无线局域网的最小构件是基本服务集（Basic Service Set，BSS）。BSS包括一个基站和若干移动站。所有的无线站点和BSS内部的各站点均可以直接通信。但与本地BSS以外的站点通信时都必须通过BSS基站的分配系统DS联网，组成扩展服务集ESS。
BSS覆盖的地域范围称为基本服务区（Basic Service Area，BSA），一个BSA基本服务区的服务范围约为数十米直径，与无线移动通信的蜂窝小区相似。
基本服务集里面的基站有一个AP（Access Point）接入点。BSS既可独立运行（基本服务集内部无线通信），也可通过AP接入点连接到主干分配系统（Distribution System，DS），然后再接入到另一个基本服务集（漫游），构成一个扩展的服务集（Expanded Service Set，ESS），如图3-58所示。
分配系统DS可以使用以太网、点对点链路或其他网络。扩展服务集ESS还可为无线用户提供到有线网络（如因特网）的接入。这种接入是通过802.11定义的桥门（Bridge）设备来实现的。桥门的作用实际上就是网桥。
在第一类无线局域网中，一个移动站如果要加入到一个基本服务集BSS，必须先选择一个接入点AP，并与此接入点建立关联（Association）。此后，这个移动站就可以通过该接入点进行发送和接收数据了。若移动站使用重建关联（Reassociation）服务，就可将关联移动到另一个接入点。使用分离（disassociation）服务时，可以终止这种关联。
第二类无线局域网是无固定基础设施的无线局域网（如Ad-Hoc无线网），这种网络没有上述基本服务集中的AP接入点，而是一些处于平等状态的移动站组成的临时网络，如图3-59所示。这种无线局域网称为自组网络（Ad hoc network），它依靠自身就能组成网络。图3-59说明了当移动站A和E通信时，它的路径是A→B、B→C、C→D，最后D→E，是一连串的存储转发过程。路径中的这些转发结点都具有路由器的功能。在自组网络中每个移动站都要参与网络中其他移动站的路由发现和维护。此外，移动站构成的网络拓扑可能会随时间变化得很快，因此在固定网络中行之有效的一些路由选择协议对自组网络已不适用，这种自组网络的路由选择协议非常复杂。
图3-58 IEEE 802.11的基本服务集BSS和扩展服务集ESS
图3-59 便携式计算机构成的Ad-Hoc自组网络
由于便携式计算机的大量普及，自组网络的组网方式和路由选择协议引起了非常关注。因为每一台移动设备都具有路由器转发分组功能，所以分布式的移动自组网络的生存性非常好，持有便携式计算机的人可利用这种移动自组网络方便地交换信息。当出现自然灾害时，可利用移动自组网络进行及时有效的抢险救灾。
顺便指出，移动自组网络与移动IP并不相同。移动自组网络是将移动性能扩展到无线领域的自治系统，具有自己特定的路由选择协议，不必一定要和因特网相连。移动IP技术是指漫游主机可以用多种方式连接到因特网，它的核心网络功能仍然是在固定互联网络中使用的各种路由协议。
802.11无线局域网使用的是2.4GHz（即2.4～2.4835GHz）和5GHz两个频段。2.4GHz频段共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402GHz，以后每隔1MHz设置一个信道，因此每个信道可使用的带宽为1MHz。使用2元高斯移频键控GFSK编码时的基本接入速率为1Mbit/s。使用4元GFSK编码时的基本接入速率为2Mbit/s。
由于无线局域网中的无线电波是全方位地向四周传播以及电波传播会受到障碍物的影响，使传播距离受到限制。此外，无线通道的带宽也较窄，为充分利用信道资源，不能简单地搬用CS-MA/CD（载波监听多址访问/碰撞检测协议），只能使用不带碰撞检测的CSMA协议。为提高CS-MA协议的效率，802.11使用CSMA/CA载波监听多址访问/碰撞避免协议。CA（Collision Avoid-ance）表示碰撞避免。
1.无线局域网的传输媒体
无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线集线器、无线访问节点（AP）、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。与有线网络一样，无线局域网同样也需要传送介质。只是无线局域网采用的传输媒体不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波，以后者使用居多。
（1）红外线系统。红外线局域网有较强的方向性，采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求在可视距内传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统不会产生干扰。在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，采用提高红外发射功率来达到减少背景噪声的影响。红外无线局域网是目前“100Mbit/s以上、性能价格比高的网络”唯一可行的选择。
（2）无线电波。目前应用最多的是用无线电波作为无线局域网的传输介质，主要原因是无线电波的覆盖范围大和应用广泛。使用扩频方式通信时，具有很强的抗干扰、抗噪声和抗衰落能力。可有效防窃听，通信非常安全。
无线局域使用的频段主要是S频段（2.4～2.4835GHz），这个频段也叫工业科学医疗频段（In-dustryScienceMedical，ISM），该频段在美国不受美国联邦通信委员会的限制，属于工业自由辐射频段，不会对人体健康造成伤害。所以无线电波成为无线局域网最常用的无线传输媒体。
2.无线局域网采用的主要协议标准
无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有802.11标准（包括802.11a、802.11b及802.11g等标准）、蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭射频网络）标准等。
（1）802.11标准。IEEE802.11无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。802.11标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外，还使得各种不同厂商的无线产品可以互联，以及使核心设备执行单芯片解决方案，降低了无线局域网的造价。
802.11标准的颁布，使无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。它是无线局域网目前最常用的传输协议，各个公司都有基于该标准的无线网卡产品。不过由于802.11速率最高只能达到2Mbit/s，在传输速率上不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准，前者已经成为目前的主流标准，而后者也被很多厂商看好。
802.11b标准采用一种新的调制技术，使得传输速率能根据环境变化，采用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11MB/s，无需直线传播。当射频传输环境情况变差时，动态速率转换可将数据传输速率自适应降低为5.5MB/s、2MB/s和1MB/s。
支持传输距离的范围是在室外为300m，在办公环境中最长为100m。802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
802.11a标准是802.11b无线局域网标准的后续标准。802.11a在5GHz频率下的传输速度可达25Mbit/s，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。
802.11g是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供11Mbit/s的数据传输速率，也符合802.11a标准在5GHz频率下提供56Mbit/s的数据传输速率。随着802.11g标准的认可，它将有助于进一步推动802.11无线局域网飞速发展的势头。
（2）蓝牙标准。蓝牙（IEEE802.15）是一项新标准，比802.11更具有移动性，对于802.11来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。“蓝牙”是一种极其先进的大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速率为1Mbit/s（有效传输速率为721kbit/s）、最大传输距离为10cm～10m，通过增加发射功率可达到100m。蓝牙成本低、体积小，可用于更多设备。
（3）家庭射频网络HomeRF标准。HomeRF主要是为家庭网络设计的，是IEEE 802.11与数字无绳电话标准的结合，旨在降低语音和数据传输成本。HomeRF也采用扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道。但目前HomeRF的传输速率只有1～2Mbit/s，美国联邦通信委员会建议增加到10Mbit/s。
无线局域网可分为两大类：第一类是设有固定基础设施的无线局域网，即通信设备除采用无线通信网络外，其他都为固定设备，各站点之间的通信不需连接线缆。第二类为没有固定基础设施的移动站（Mobile station），采用便携式通信设备（便携式计算机和无线网卡等）。移动站不仅能够移动，而且还可以在移动过程中（如飞机上、汽车上）进行实时通信，非常方便。表3-10是802.11无线局域网协议的技术特性。
表3-10 802.11无线局域网协议的技术特性
3.无线局域网组成
利用无线AP（Access Point）把配有无线网卡（USB，PCI或PCMCIA接口）的终端（台式PC或便携式计算机）接入局域网。通过AP实现无线网络内部及无线网络与有线网络之间的互联。图3-60是无线局域网的基本组成。
图3-60 无线局域网的基本组成