用通信線路將一個單位所屬有限地理區域內的電腦系統、工作站、終端群和外部設備互連而成的資料傳輸系統,又稱局域網或局部電腦網,英文縮寫LAN。局域網一般屬於某個機構,不用公共電話網,而用雙絞線、同軸電纜或光纖作為傳輸介質。最大傳輸距離可達50公裡,資料傳輸速率為0.1~20M比特/秒,誤碼率為10-710 -8。局域網是隨著微型計算機和辦公自動化的發展而發展起來的。它兼有多機系統和遠程網(WAN)的優點,等待時間和傳輸容量接近於多機系統,可互連上百個工作站,站間距離達1~2公裡,能實現資源(包括硬件、軟件、數據)共享,分佈計算和信道復用,簡化通信接口設備,又可借用遠程網的經驗,因而性能價格比優於遠程網。

  發展簡史 計算機網的發展始於60年代後期。1969年美國國防部高級研究計劃局研制成阿帕網(ARPA網),把美國各大學、研究所和公司的計算機系統互連成網。阿帕網是遠程網,建立在公用數據通信網的基礎上,規模大,投資高。70年代隨著微型電子計算機的發展,為瞭實現辦公自動化,需要把一個單位的計算機系統互連成網。70年代中期美國施樂公司的帕洛·阿爾托研究中心推出第一個局域網,即總線型以太網(Ethernet)。80年代,局域網技術漸趨成熟,出現瞭 100多種網絡產品。到1987年全世界已有局域網近20萬個。現在局域網正向著綜合業務數字網(ISDN)的方向發展。

  分類 局域網可分為三類:①基帶局域網。數字信號以基帶形式傳輸,距離越短,信號衰減越小,傳輸速率越高。傳輸距離在10公裡以下,傳輸速率為0.1~10M比特/秒。在基帶局域網中應有信道訪問控制協議,以便合理使用信道。市場上大部分局域網都屬於這一類。②寬帶局域網。它把頻帶分割成子頻帶。子頻帶可用於點對點或一點對多點的通信。每個子頻帶具有自己的特性:模擬或數字傳輸,單向或雙向等。寬帶局域網的優點是能同時傳輸圖像、話音和數據。缺點是需要各種調制解調器,每一終端都要有自己的通信控制器和信道接口。從長遠觀點看,寬帶局域網將被綜合業務數字網所取代。③程控交換局域網。即采用專用程控交換機的局域網,英文縮寫PABX。70年代初電話自動交換機采用縱橫制電路切換技術,這種空分交換是通過控制一個門陣列建立一條物理信道來溝通兩個用戶。80年代初用時分交換代替空分交換,兩點間按周期性的時間間隔來傳遞信號。時分自動交換機即程控交換機,實際上就是一臺計算機,輸入輸出信號完全數字化。這使人們想到可用數字語聲信息來傳遞數據。PABX局域網若用電話雙絞線,傳輸速率為64K比特/秒。它采用集中控制,進行格式和協議轉換,造價較低。

  連接技術 局域網的連接技術包括:①傳輸介質。局域網采用有線傳輸,用雙絞線、同軸電纜或光纖作為傳輸介質。局域網與遠程網的互連,有時采用微波中繼或衛星通信等無線傳輸。②傳輸方式。局域網可采用基帶傳輸或頻帶傳輸兩種方式。基帶信號是一串電脈沖。大部分局域網采用基帶傳輸,稱為基帶局域網。頻帶傳輸采用同軸電纜,可傳送很高的頻率和很寬的頻帶。局域網采用頻帶傳輸,稱為寬帶局域網。寬帶工作可采用數字調制或頻分復用。頻分復用是把基帶信號調制到不同的載波頻段而達到復用的目的。③接口設備。局域網中每個工作站都要一個適配器。適配器是工作站入網的功能插件板,可插在微機擴展槽上,作為微機控制下的一種外部設備。適配器由微處理器、通信控制器、隻讀存儲器、緩沖存儲器、調制解調器、並行通信接口和門陣列等組成。用來實現網絡協議、通信控制、接口控制、網絡收發、緩沖存儲、編碼譯碼等功能。同構型 LAN之間的連接采用網橋,異構型LAN之間及LAN與WAN之間的連接采用網關,網橋和網關都是以微處理器為核心的功能插件板。

  網絡拓撲 網絡拓撲結構有以下四種:①星形結構。它的特點是集中控制,每一用戶終端都連到中央處理機進行交換和控制。程控交換局域網采用這種結構。②網絡結構。這種結構可通過路徑選擇來提高可靠性和傳輸效率。一般用於公用數據網,局域網中很少采用這種結構。③總線結構。所有的用戶終端都連到一條公共傳輸通道──總線上。這種結構沒有中央控制器,是一種分散式結構。局域網常采用這種結構。④環形結構。工作性能與總線結構相似,但即使發生中斷,仍能繼續工作。它的優點是網絡接口比較簡單,通信容量與節點位置無關,網絡由令牌控制,不會發生擁擠。局域網也常采用這種結構。

  訪問控制 訪問控制協議分為三類:靜態分配方式、動態分配方式和隨機訪問方式。

  靜態分配方式 通信信道的分配是一次性的。最常見的是時分復用和頻分復用。這種方式適合於用戶通信量較大的情況。

  動態分配方式 根據用戶的需求來分配資源。最常用的有:①統計時分復用(STDM)。這種控制方式要求有較復雜的尋址和控制功能,具有能保持輸入排隊信息的數據緩沖器,一般是用可編程的微處理器。統計時分復用技術是復用器和集中器的混合設計。②查詢。查詢技術用於總線結構和集中控制系統,查詢設備是計算機系統或控制器。當計算機系統或集中器對使用率較低的終端進行服務時常采用查詢技術。③分槽環。適用於環形網。它是把時間分成許多時間槽,每個槽可傳輸數個固定大小的信息包,其中有一位用來表示槽的忙閑。一個端發送報文必須等待空槽的來到,將信息放入包中,並作滿的標記,到目的地將信息取走再改為空的標記。要發送的報文包必須適應槽的大小。④寄存器插入。又稱緩沖器插入。適用於環形網。各轉發器均有一個緩沖器(移位寄存器),並能按要求切換進入或退出電路。當某一節點要發送信息時,該節點將報文以一定的分組格式存入轉發器中的一個緩沖器。當轉發器轉發的信息流中出現一個間隙時,轉發器就將環形電路斷開,使緩沖器進入環形網,以便傳遞到下一個節點。讀出本節點的始發分組,上一節點送來的信息就可讀入緩沖器。從本節點發出的分組回來後就將緩沖器從電路中移出。⑤令牌通行。又稱通行證法。令牌是一種特殊的字段或分組,具有獨特的格式,僅用來從一個節點至另一個節點傳送控制權。令牌繞各站流動,一個站要求發送報文,必須先取得令牌才能發送。發送完一個報文包就交出令牌。采用令牌通行法時要指定一個節點作為監控站,檢驗數據流末尾是否跟有令牌,令牌丟失時生成一個新的令牌。令牌通行可用於環形網和總線網。

  隨機訪問方式 一個站取得數據就馬上發送,而不考慮其他的站。如果有兩個以上的站同時發送數據,就會產生沖突。最常用的方法有:①阿朗納 (ALOHA)方式。此法是夏威夷大學研制的 ALOHA網采用的廣播式訪問方法。純ALOHA方式是指用戶任何時候都可發送報文,發出後等待目的站的確認信號。若同一時間另一用戶也在發送報文,則收不到確認信號。因此用戶等待一段時間後若收不到確認信號,就重發原來的報文。分時式ALOHA方式是指每個用戶隻允許在某個時間片開始時發送報文。②載波偵聽多重訪問(CSMA)方式。每一個站發送報文時要先偵聽信道是否被別站占用。如果發生沖突,等待一段時間後再重新開始。局域網中廣泛采用具有碰撞檢測的載波偵聽多重訪問 (CSMA/CD)方式。每一個站在進行數據傳輸的同時對網絡進行偵聽,如發現碰撞,就立即停止傳輸。這種方式可使傳輸帶寬的使用效率達90%以上。

  通信協議 1979年國際標準化組織(ISO)提出開放系統互連(OSI)參考模型。OSI模型自底而上分為7層:物理層、鏈路層、網絡層、傳輸層、對話層、表示層和應用層。局域網的通信協議低4層與OSI模型相仿,高層往往就是一個應用層。

  網絡軟件 局域網上配置的網絡軟件包括網絡系統軟件和網絡應用軟件。網絡系統軟件最重要的是網絡操作系統和網絡高層協議軟件。網絡操作系統是在微型計算機操作系統的基礎上進行必要的修改,增加網絡驅動功能的系統程序和一些網絡服務軟件,以構成網絡操作環境,使個人計算機系統或工作站入網後能共享大量功能強的軟硬件資源。局域網上配置的網絡操作系統為用戶提供的主要功能有:利用虛擬磁盤方式共享網絡內一個或多個大容量硬盤系統,利用假脫機和排隊方式共享快速打印機,利用電子郵件系統實現工作站之間的通信。網絡系統軟件采用層次、模塊化結構,便於用戶應用、移植和擴充。

  局域網上配置的網絡應用軟件最常用的有網絡實時通信軟件和網絡數據庫系統軟件。網絡實時通信軟件由實時處理模塊和實時通信用戶程序模塊組成。網絡數據庫系統是網絡和數據庫管理相結合的合成系統。如果沒有網絡數據庫的支持,局域網隻能完成設備共享、電子郵件等工作,隻能使用集中式單用戶數據庫。有瞭網絡數據庫系統,局域網就可以用於分佈式數據庫處理的各種領域中。網絡數據庫系統要求可靠性高,結構靈活,易於擴充,數據保密性好,響應速度快。

  典型結構 局域網的典型結構有以下四種:①以太網(Ethernet)。1972年美國施樂公司的帕洛·阿爾托研究所研制,後與DEC公司和英特爾公司合作開發,1979年實現商品化。它采用總線結構,基帶傳輸,用同軸電纜作為傳輸介質,訪問方式為CSMA/CD,傳輸速率為10M比特/秒,最大傳輸距離51.5公裡,理論節點數1024個。以太網裝配容易,可靠性高,便於擴充,應用很廣。②劍橋環。70年代中期劍橋大學研制的環形網,有36個節點,用雙絞線連接,環的長度超過1公裡,采用分槽技術,共4個時槽沿環旋轉,傳輸速率為10M比特/秒。報文中包括1個目的地址字節,1個源地址字節,2個信息字節和6個控制位。每個節點有1個中繼器,直接與雙絞線連接組成環。數據在環中單向流動。③米特網(Mitrenet)。美國米特公司研制,應用無線電調頻技術在網絡中傳輸信息。在一條電纜的帶寬范圍內,按頻率分成若幹信道,每個信道的帶寬與所需的數據傳輸速率有關。發送信息的調制頻率與接收信息的調制頻率不同,由專門的發送/接收器轉換。這種寬帶網由於應用電纜電視(CATV)技術,很容易分配用於傳輸語音、電視和數據的信道。它的缺點是需要射頻調制解調器,價格較高。④阿波羅·多曼網(Apollo Domain)。阿波羅計算機公司研制。采用令牌環技術。用同軸電纜或光纖作傳輸介質,傳輸速率可達12M比特/秒。發送節點在接到令牌後,將1024字節的信息包緊跟在令牌後送到網上,目的節點接到信息包後發出應答信息。