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 [计算机技术发展历史]局域网发展史(二)
文章收藏, 软件技术, 电脑与网络
FoxWolf 发表于 2008/5/8 16:09:27 |
| 快速型以太网的出现(1992-1995)
网络开关虽然是降低网络通信拥挤的最佳设备，但每个以太网开关只能为每个端口提供10Mbps的最大流通量。对于要求10Mbps以上流通量的
应用，唯一合格的竞争者曾是光缆分布型数据接口(FDDI)，它是一个昂贵的基于100Mbps光缆的LAN。大型网络的管理人员已在开始实现FDDI主
干网和FDDI服务器连接，并且在某些情况下，他们甚至在把客户机或工作站连到FDDI环上。在80年代，DEC、AMD、NS和IBM等名牌公司将数百
万美元投在FDDI半导体厂和产品开发上。1991年，Sun微系统公司甚至打算将FDDI连接加到每--台SPARC
Station机上(所有的SunS
PARCStation已配备有内建的10Mbps以太网连接)e不幸的是，由于高成本和复杂性FDDI从未成为主流技术。而与此同时，以太网的价格由于
销售量猛增而急剧下跌。某些网络公司开始建造含有高速FDDI和以太网端口的交换式集线器。Crescendo通信公司就是其中的一员，它建造了一个配有
FDDI和交换式10BASE-T端口的工作组开关。可是，很多用户越来越多地考虑以太网的长期前途，因为这一技术已有10年的历史，这在计算机界是公认
的事实。
在1991年8月，现已从3Com公司退休的Howard Charney，以太网的合伙发明人David
Boggs、细缆以太网的发明人和3Com的第一个EtherLink网络适配器的总工程师勋Crane与3Com前任技术副总裁Larry
Birenbaum在一起谋划成立一个新公司。他们打算从销售网络测试装置开始，但在讨论过程中，Birenbaum突然提出能否使以太网按原速度的10
倍运行，已经作过一番研究的Crane立即回答"不成问题"，Boggs也表示同意。以下的历史就是在1992年2月28日，Charney、
Birenbaum等成立Grand
Junction网络公司，从事设计、建造和经销高速以太网装置。该公司的董事成员有Metcalfe、Chamey和三位风险投资者。该公司位于加州
Fremont市，离硅谷的路程只有20分钟就到了。Grand Junction公司成立后立即投入100Mbps以太网的研制工作。
在1992年下半年，Grand Junction公司研制100Mbps以太网的消息不腔而走，因此该公司决定提前在1992年9月对外正式发布研制100Mbps以太网的新闻。
IEEE 802.3 100Mbps标准大战
1992年，IEEE802工程组召开全体会议，其中一项议程就是高速以太网，会上提出两个技术方案：一个方案是由Grand
Junction网络公司提出的。该方案建议保留现行的以太网协议，此建议得到3Com公司、Sun微系统公司和SynOptics公司的支持。第二个方
案来自HP公司，该方案建议采用100Mbps传输的完全新型的MAC(介质存取)协议。这次会议标志着"快速以太网之战"拉开了序幕。
在1993年期间，IEEE的高速研究小组继续其100Mbps的标准化工作。各种各样的建议都在酝酿之中，但主要的问题仍未解决--
802.3组是采纳HP提出的新MAC方案还是保留原以太网的CSMA／CDMAC协议，大多数小组成员对保留原以太网感兴趣，但末达到通过标准所需的
75％的法定多数，以致争论仍在继续。Grand Juncttion、Intel、LAN
Media、SynOptics、Cabletron公司、国家半导体公司(NS)、标准微系统公司(SMC)、Sun微系统公司和3Com很快对这种永
无休止的争论和IEEE标准中的政治障碍感到厌烦，于是为加快标准化步伐而合伙另起炉灶，成立了"快速以太网联盟"，拉起了推进"基于原以太网标准的
100MbpS以太网方案"的大旗，从而使HP和AT＆T在工业界陷入四面楚歌的境地。不幸的是，HP和AT＆T仍坚持他们的优先级请求协议是最佳方案，
拒绝保留CSMA／CD以太网协议。为了打破僵局，IEEE为优先级请求存取法任命一个名为802.12的新工作组。
随后又发生了以下事件：
1993年10月，FEA(快速以太网联盟)公布了它的100BASE-X互操作规范，现在名叫100BASEiTX。同月，
GrandJunction公司首家推出世界上第一台快速以太网集线器和NIC--FastSwitch2.0／100和FastNIC100。
1994年5月，InteI和SynOptics宣布并展示了他们的快速以太网装置。
在1994年的大半年时间里，IEEE802.3组都忙于其它部分的100Mbps以太网标准，如100BASE-T4、MII、中继器和全双工等标准。
同年，FEA的会员增加到60家，许多在开始时支持新802.12技术的公司也纷纷倒戈，或者公开声明两种技术都支持。
1994年末，Inte1、Sun微系统公司和Networth公司开始推出100BASE-TX型兼容产品。1995年的第一季度，
Cogent、3Com、DEC、SMC、Acction、SynOptics／BayNetworks等公司也相继推出自己的100BASE-TX型产
品。
1995年3月。IEEE802.3u规范被它的成员和执委会所通过。于是快速以太网的时代宣布来临!
几个月以后，FEA(快速以太网联盟)解散，其工作也暂告结束，其标准已经完成。这时正是销售以太网产品的昌盛时期。直到1995年末，各厂家日新月异地不断推出新的快速以太网产品，快速以太网达到了它的鼎盛时代。
工业趋势(1995)
1995年是工业界联合提供成套产品的年份。1995年末，3Com、BayNetworks和Cisco已成为可提供成套产品的真正的网络公
司，可以提供从路由器、机箱式集线器和工作组集线器到网络管理和远程访问设备的所有产品。另一个趋势是很多厂家都认识到：ATM是一种革命性的技术，很难
立即替代介质共享的局域网。用户们和厂家开始更多地致力于一些革命性的技术，如以太网交换技术(Ethernet
Switching)和100Mbps快速型以太网。
1995年是致力于高科技事业的银行家们的投资丰收年。1994年，Wellfleet和SynOptics两家公司合并组成
BayNetworks公司，从而掀起了一股工业兼并的浪潮。BayNetworks继续执行这一扩展策略，在1995年春，它宣布了兼并
Centillion的计划，这是一家从事于Token
Ring交换技术的先驱公司。1995年所发生的最大的高技术兼并是3Com公司购买了从事于机箱式集线器的Chipcom公司，从而获得了该先进的机箱
式集线器技术和有利可图的与IBM的OEM合同，这一事件值得一提是因为Chipcom公司是唯一能同时提供100BASE-T和100VG-
AnyLAN产品的主要的机箱式集线器公司。伴随着3Com公司的这一兼并活动，VG计划就销声匿迹了。
对我们来说，在这--年中最感兴趣的事情是Cisco Systems公司兼并GrandJunction
Networks公司。对业界内的人士来说，GrandJunction
Networks是一家快速型以太网公司，它提供了第一台10Mbps工作组交换器，而且首先提供快速型以太网的各种网络接口卡，转发器和交换器。
3Com和BayNetworks从一开始就是快速以太网联盟的成员，而Cisco很晚才参与快速以太网的业务，因而无论是在交换式以太网、FDDI、
100VG或100BASE-T等方面，或者在等待ATM方面都无法明确自己的方向。在100BASE-T的初期，缺乏Cisco的路由器是取得快速以太
网成功的主要障碍，随着Cisco在1995年兼并以太网交换的先驱公司Kalpana，一切就都改变了。GrandJunction的兼并对快速以太网
具有特别的决定性意义，随着这一兼并，交换式和快速型以太网就明确地成为今后几年所选用的高速组网技术。
在1995年，网络界最令人感兴趣的一些事件包括：
Cabletron公司(它是SynOptics公司势均力敌的对手)没有登上交换式和快速型以太网的航班。到1995年末，
Cabletron就不再观望，它购买了SMC的以太网交换部分，这是它第一次采取的兼并行动，最终使得Cabletron进入交换式和快速型以太网市
场。
另一次有意义的兼并行动是ForeSystems一家在ATM技术上领先的公司)兼并了以太网交换公司Alantec。多年以来，
ForeSystems公司一直主张不要采用以太网，代之以ATM，这一兼并事件表示它已承认：基于帧的技术(如以太网和令牌环)在今后的很多年中仍然是
核心技术。
世界上最大的PC和服务器厂家Compaq计算机公司通过购买Networth和Thomas-Conrad两家网络公司而大步地进入网络市场。
在快速以太网适配器产业务中，Intel公司已处于领先地位，并有40％的市场份额。
干兆位以太网(1999-?)
1995年l1月，IEEE802.3标准委员会组建了一个新的"高速研究组(High-Speed Study Group)"，去研究每秒1干兆位速率的以太网。
1996年3月，IEEE组建了新的802.3z工作组，负责研究干兆位以太网，制订相应的标准。很快，一些快速以太网原来的支持者和某些新的
发起者组成了“干兆位以太网联盟(GEA)”，其中包括11家公司，它们是3Com、BayNetworks、Cisco、Compaq、Granite
Systems、Intel、LSI Logic、Packet Engines、Sun、Microsystem、q、UB
Networks和VLSI
Technology。一个月以后，另外28家公司也加入厂该联盟，其中包括Hewlett-Packard(HP)公司。
干兆位以太网的关键是利用交换式全双工操作去构建主干网和连接超级服务器及工作站，或许还能借用现有的技术(如光缆信道前端技术)去使用光缆
(某些人已经将千兆位以太网称为1000BASE-F，表示在光缆介质上1000Mbps的传输速率)。于兆位以太网还支持半双工／转发的局域网和铜芯电
缆，但要求网络直径为20到25米(某些人主张修改CSMA／CD访问方法，以增加网络直径)。如果千兆位以太网取得成功，很显然，在今后至少10年时间
内，以太网帧将仍然是数据通信的标准。
局域网基础知识
-----什么是LAN-----
一. 什么是LAN
为了完整地给出LAN的定义，必须使用两种方式:一种是功能性定义,另一种是技术性定义。前一种将LAN定义为一组台式计算机和其它设备,在物
理地址上彼此相隔不远，以允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。这种定义适用于办公环境下的LAN、工厂和
研究机构中使用的LAN。
就LAN的技术性定义而言,它定义为由特定类型的传输媒体(如电缆、光缆和无线媒体)和网络适配器(亦称为网卡)互连在一起的计算机,并受网络操作系统监控的网络系统。
功能性和技术性定义之间的差别是很明显的,功能性定义强调的是外界行为和服务；技术性定义强调的则是构成LAN所需的物质基础和构成的方法。
局域网(LAN)的名字本身就隐含了这种网络地理范围的局域性。由于较小的地理范围的局限性。由于较小的地理范围,LAN通常要比广域网
(WAN)具有高的多的传输速率,例如，目前LAN的传输速率为10Mb/s,FDDI的传输速率为100Mb/s,而WAN的主干线速率国内目前仅为
64kbps或2.048Mbps,最终用户的上线速率通常为14.4kbps。
LAN的拓扑结构目前常用的是总线型和环行。这是由于有限地理范围决定的。这两种结构很少在广域网环境下使用。
LAN还有诸如高可靠性、易扩缩和易于管理及安全等多种特性。二. 网络操作系统
网络操作系统(NOS)是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统它在计算机操作系统下工作,使计算机操作系统增加了网络操
作所需要的能力。例如象前面已谈到的当你在LAN上使用字处理程序时,你的PC机操作系统的行为象在没有构成LAN时一样，这正是LAN操作系统软件管理
了你对字处理程序的访问。网络操作系统运行在称为服务器的计算机上,并由连网的计算机用户共享,这类用户称为客户。
NOS与运行在工作站上的单用户操作系统或多用户操作系统由于提供的服务类型不同而有差别。一般情况下，NOS是以使网络相关特性最佳为目的
的。如共享数据文件、软件应用以及共享硬盘、打印机、调制解调器、扫描仪和传真机等。一般计算机的操作系统，如DOS和OS/2等,其目的是让用户与系统
及在此操作系统上运行的各种应用之间的交互作用最佳。
为防止一次由一个以上的用户对文件进行访问，一般网络操作系统都具有文件加锁功能。如果没有这种功能,将不会正常工作。文件加锁功能可跟踪使用中的每个文件,并确保一次只能一个用户对其进行编辑。文件也可由用户的口令加锁,以维持专用文件的专用性。
NOS还负责管理LAN用户和LAN打印机之间的连接。NOS总是跟踪每一个可供使用的打印机以及每个用户的打印请求,并对如何满足这些请求进行管理,使每个端用户的操作系统感到所希望的打印机犹如与其计算机直接相连。
NOS还对每个网络设备之间的通信进行管理,这是通过NOS中的媒体访问法来实现的。
NOS的各种安全特性可用来管理每个用户的访问权利,确保关键数据的安全保密。因此,NOS从根本上说是一种管理器,用来管理连接、资源和通信量的流向。
三. LAN的发展史
在计算机应用的初期,人们使用的都是大中型计算机,通常简称为主机。需要使用计算机的人必须向计算机操作人员提交请求,而且在获准上机后，必须等待数小时或几天才能得到结果。
后来,随着电子技术的发展,通过终端连到了主机上,从而人们不必进入机房,只需从办公室的终端上便可提交请求。
再后来又出现了中小型计算机，操作系统也随之出现。这时用户已经能够以交互操作方式向中心机提交请求。然而，计算机的普及使用只是在70年代出现了个人计算机(PC)后才得以实现的。
1981年出现的IBM
PC机的处理能力和存储能力已经可同早几年的大型机相媲美。随着PC的大量投入市场,人们发现,每台PC配置一台磁盘驱动器和打印机，当时在费用上实在难
以承受。于是出现了资源共享的方式:磁盘服务器和共享打印机。这是一种硬件和软件的组合,它可使几个PC用户很方便地对公共硬盘驱动器进行共享式访问。第
一个磁盘服务器是在CP/M操作系统下运行的。
早期的LAN，用户对硬盘驱动器的共享访问是经过连到共享驱动器的计算机实现的。计算机中的软件将公享的硬盘驱动器分成称为"卷"的区域，每个用户一个。在用户看来,用户分得的"卷"犹如他自己的专用盘驱动器。硬盘通常还包括公用卷,使用户共享信息。
在目前LAN中，磁盘服务器已经由文件服务器取代。文件服务器无论在使用户共享文件方面,还是帮助用户跟踪他们的文件方面都优于磁盘服务器。有些LAN能支持多个文件服务器,每个服务器又有多个硬盘驱动器与之相连,从而使LAN很容易扩充。
除硬盘驱动器为PC用户共享外，第二个供PC用户共享的设备是打印机。目前, 每种LAN都能有这种能力，而且在多数情况下,打印服务器已成了整个LAN软件包的一部分,而不是一台独立的计算机。
利用LAN打印服务器,用户仅可使用与一定文件服务器相连的打印机,或使用与网络上任何用户工作站相连的打印机。LAN管理器可以限制对一定打印机的访问。用户也可将几个文件发送到同一个打印机。这些特点和其它特点取决于使用的LAN软件特性。
其它类型的服务器也已出现,如通讯服务器、数据库服务器等，将在以后的专题中介绍。需要强调的是,LAN是通过将一组PC连接到指定为服务器的机器上来实现的,连接媒体可有多种,如同轴电缆等。四. LAN的基本组成
要构成LAN,必须有其基本组成部件。LAN既然是一种计算机网络,自然少不了计算机，特别是个人计算机(PC)。几乎没有一种网络只由大型机或小型机构成。因此,对于LAN而言，个人计算机是一种必不可少的构件。
计算机互连在一起 ,当然也不可能没有传输媒体，这种媒体可以是同轴电缆、双绞线、光缆或辐射性媒体。
第三个构件是任何一台独立计算机通常都不配备的网卡,也称为网络适配器,但在构成LAN时,则是不可少的部件。
第四个构件是将计算机与传输媒体相连的各种连接设备,如DB-15插头座、RJ-45插头座等。
具备了上述四种网络构件,便可搭成一个基本的LAN硬件平台,如图所示。
有了LAN硬件环境,还需要控制和管理LAN正常运行的软件,即谓NOS是在每个PC机原有操作系统上增加网络所需的功能。例如,当需要在
LAN上使用字处理程序时,用户的感觉犹如没有组成LAN一样,这正是LAN操作发挥了对字处理程序访问的管理。在LAN情况下,字处理程序的一个拷贝通
常保存在文件服务器中,并由LAN上的任何一个用户共享。由上面介绍的情况可知,组成LAN需要下述5种基本结构:
① 计算机(特别是PC机); ② 传输媒体; ③ 网络适配器; ④ 网络连接设备; ⑤ 网络操作系统。
五.网络拓扑结构
网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局。将参与LAN工作的各种设备用媒 体互连在一起有多种方法,实际上只有几种方式能适合LAN的工作。
如果一个网络只连接几台设备,最简单的方法是将它们都直接相连在一起，这种连接称为点对点连接。用这种方式形成的网络称为全互连网络,如图1所
示。图中有6个设备，在全互连 情况下,需要15条传输线路。如果要连的设备有n个,所需线路将达到n(n-1)/2条!显而易见,这
种方式只有在涉及地理范围不大，设备数很少的条件下才有使用的可能。即使属于这种环境,
在LAN技术中也不使用。这里所以给出这种拓扑结构，是因为当需要通过互连设备(如路由器)
互连多个LAN时,将有可能遇到这种广域网(WAN)的互连技术。
目前大多数LAN使用的拓扑结构有3种:
① 星行拓扑结构 ② 环行拓扑结构 ③ 总线型拓扑结构
1.星型拓扑结构
星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，如图3所示。其中，为电话网的星型结构,为目前使用最普遍的以太网星型结构,处于 中心位置的网络设备称为集线器,英文名为Hub。电话网的星行结构 ，以Hub为中心的结构
这种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点,也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会
影响其它端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双
机热备份,以提高系统的可靠性。
2.环型网络拓扑结构
环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型,如图3所示。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。
环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之
称。例如图5中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。
3.总线拓扑结构
总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式,也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，如图4所示。使用这种结构必须解决的
一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时,这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两
个端用户轮流工作。在一点到多点方式中,对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下,由于所有数据站都是平等的,不能采取上述机制。对
此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法:带有碰撞检测的载波侦听多路访问,英文缩写成CSMA/CD。
这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数
据，其它端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点,但由于布线要求简单,扩充容易,端用户失效、增删不影响全网工作,所
以是LAN技术中使用最普遍的一种。
六. LAN的结构类型
LAN的结构主要有三种类型：以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）、令牌总线(Token Bus）以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口（FDDI）。它们所遵循的标准都以802开头,目前共有11个与局域网有关的标准,它们分别是：
IEEE 802.1── 通用网络概念及网桥等 IEEE 802.2── 逻辑链路控制等 IEEE 802.3──CSMA/CD访问方法及物理层规定 IEEE 802.4──ARCnet总线结构及访问方法,物理层规定 IEEE 802.5──Token Ring访问方法及物理层规定等 IEEE 802.6── 城域网的访问方法及物理层规定 IEEE 802.7── 宽带局域网 IEEE 802.8── 光纤局域网(FDDI) IEEE 802.9── ISDN局域网 IEEE 802.10── 网络的安全 IEEE 802.11── 无线局域网
上述LAN技术各有自身的敷缆规则与工作站的连接方法，硬件需求以及各种其它部件的连接规定。
网络拓扑结构有两种类型，一个是指相互连接的工作站的物理布局，另一个是网络的工作方式。前者是人们可以看到的连接结构，后者是逻辑、操作结构，因而是不可见的，并称之为逻辑拓扑结构。
LAN的网络拓扑结构广泛采用的主要有总线型和环型。LAN使用的星型结构主要是指用双绞线构成的网络。这种使用集线器（Hub）构成的星型网，实质上仍然是总线型网络。 |
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