局域网发展史的详细介绍
局域网发展史的详细介绍
| IT历史：局域网发展史 |
| [2004-11-5] |
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局域网发展史 --网络工程师联盟（CCNU） 在最近的25年间，以太网已从4800bps争用型无线电道传输系统发展到最普及的局域网络标准，并能在无屏蔽的双绞线上每秒传输100兆位的信息。以太网的发展史是如此的吸引人，以致于无数的技术骄子和名声显赫的公司都拜倒在她的石榴裙下。人们从它的发展史看到了技术的前景和诱人的财富，实际上整个产业界都将在联结不同计算机设备这一概念上腾飞。 以太网的起源：ALOHA无线电系统(1968--1972) 以太网的核心思是使用共享的公共传输信道。共享数据传输信道的思想来源于夏威夷大学。60年代未，该校的Norman Abramson及其同事研制了一个名为 ALOHA系统的无线电网络。这个地面无线电广播系统是为了把该校位于 Oahu岛上的校园内的IBM360主机与分布在其它岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来而开发的。 该系统的初始速度为4800 bps，最后升级到96O0 bps。该系统的独特之处在于用“入 境”( inbound)和“出境”(outboundl)无线电信道作两路数据传输。出境无线电信道(从主机到远方的岛屿)相当简中明了， 只要把终点地址放在传输的文电标题，然后由相应的接收站译码。入境无线电信道(从岛内或船舶发到主机)比较复杂，但很有意思，它是采用一种随机化的重传方法：副站(岛屿上的站)在操作员敲击 Return键之后发出它的文电或信息包，然后该站等待主站发回确认文电;如果在一定的时限(200到1500毫微秒)内，在出境信道上 未返回确认文电，则远方站(副站)会认为两个站在企图同时传输，因而发生了碰撞冲突，使传输数据受破坏，此刻两个站都将再次选择一个随机时间，试图重发它们的信息包，这时成功的把握就非常大 这种类别的网络称谓争用型网络，因为不同的站都在争用相同的信道。 这种争用型网络有两种含义： 这一模式允许多个节点用简单而灵巧的方法，准确地在同--个频道上进行传输。 使用该频道的站愈多，发生碰撞的机率愈高，从而导致传输延迟增加和信息流通量降 低。 Norman Abramson发表了一系列有关 ALOHA系统的理论和应用方面的文章，其中 1970年的一篇文章详细阐述了计算 ALOHA系统的理论容量的数学模型。现在这个模型 已以经典的 ALOHA模型而闻名于世，当时它评估出 ALOHA系统的理论容量达到17%的论效率。在1972年， ALOHA通过同步访问而改进成时隙 ALOHA成组广播系统，使效率提高一倍多。 Abramson及其同事的研制成果已成为当前使用的大多数信息包广播系统(其中包括以太网和多种卫星传输系统)的基矗1995年3月， Abramson因其在争用型系统的开创性研究工作而获得 IEEE的 KobayaShi奖。 Xerox PARC创建首台以太网(1972-1977) 今天我们知道的以太网是在1972年开创的，当时 Bob Metcalfe来到 Xerox Palo Alto研究中心(PARC)的计算机科学实验室工作， Xerox是世界上有名的研究机构。1972年 PARC 的研究员已经发明了世界上第一台名叫 EARS的激光打印机和第一台名叫 ALTO的带图形用户界面的 PC。当时 Metcalfe已被 Xerox雇用为 PARC的网络专家，他的第一件工作是把 Xerox ALTO计算机连到 Arpanet(Arpanet是 Internet的前身)。在1972年秋， Metcalfe 正在访问住在华盛顿特区的 Arpanet计划的管理员，并偶然发现了 Abramson的关于ALOHA系统的旱期研究成果。在阅读 Abramson的有名的关于 ALOHA模型的1970论文时， Metcalfe认识到，虽然 Abramson已经作了某些有疑问的假设， 但通过优化后可以把ALOHA 系统的效率提高到近100％。最后， Metcalfe因为他的基于信息包的传输理论而获得哈佛大学理学博士学位。 1972年底， Metcalfe和 David Boggs设计了一套网络，将不同的ALTO计算机连接起来，接着又把NOVA计算机连接到EARS激光打印机。在研制过程中， Metcalfe把他的工命名为 ALTO ALOHA网络，因为该网络是以ALOHA系统为基础的，而又连接了众多的 ALTO计算机。这个世界上第一个个人计算机局域网络--ALTO ALOHA网络首次在 1973年5月22日开始运转。这天， Mctcalfe写了一段备忘录，称他已将该网络改名为以太网(Ethernet)，其灵感来自于"电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的这一想法"。最初的实验型PARC以太网以2.94Mbps(每秒兆位)的速度运行，该速度值有点太零碎、其原因是第一个以太网的接口定时器采用 ALTO系统时钟，意味着每340毫微秒就发送一次脉冲，导致传送率为2.94Mbps，当然，以太网比初始的 ALOHA网络有了巨大的改进，因为以太网是以载波监听为特色的，即每个站在要传输自已的数据流之前先要探听网络的动静，所 以，一个改进的重传方案可使网络的利用率提高将近100％。到1976年时、在PARC的实 验型以太网中已经发展到100个节点，已在长1000米的粗同轴电缆上运行。 Xeror正急于 将以太网转化为产品，因此将以太网改名为 Xerox Wire。但在1979年， DEC、 Intel和 Xerox 共同将此网络标准化时，该网络又恢复以太网这个名字。1976年6月， Metcalfe和 Boggs发 表了题为："以太网：局域网的分布型信息包交换"的著名论文，1977年底， Metcalfe和他的三 位合作者获得了"具有冲突检测的多点数据通信系统"的专利，多点传输系统被称为 CSMA／ CD(载波监听多路存取和冲突检测)。从此，以太网就正式诞生了。 DEC、 InteI和 Xerox将以太网标准化(1979-1983) 在70年代末，数十种局域网技术已经涌现出来，而以太网正是其中的一员。除了以太 网外，当时最著名的网络有：数据通用公司的 MCA、网络系统公司的 Hyperchannel、 Data’ Point公司的ARCnet和 Corvus公司的 Omninet。使以太网最终坐上局域网宝座的不是她 的技术优势和速度，而是 Metcalfe版的以太网已变成产业标准。 在1979年初，离开两年后又重新回到 Xerox PARC的 Metcalfe接到在DEC公司工作 的 Gordon Bell的电话。 Bell想讨论 DEC和 Xerox共同建造以太网 LAN的设想， Metcalfe 认为和不同厂商一起发展以太网的主意不错，但 Metcalfe此时有点身不由己，因为 Xerox一 心想保护它的专利、限制 Metcalfe为 DEC工作。因此， Metcalfe建议 DEC直接与 Xerox主 管商讨将以太网转变成产业标准的计划，最后 Xerox迈出了这一步。 使DEC和 Xerox在产业标准上合作的障碍之一是反托拉斯法。 Metcalfe在 MIT时的 朋友 Howard Charney律师，建议他把真正的以太网技术转到标准化组织(不久 Charney成 为了3Com的创始人之一)。 Metaclfe在访问位于华盛顿特区的美国标准化局(NBS)时，遇见了英特尔公司的一位 正在 NBS工作的工程师，此人正在为他的先进的25MHz VLSI NMOS集成电路加工技术寻找新的应用，这种珠联碧合的优势是显而易见的：Xerox提供技术， DEC有雄厚的技术力量，而且是以太网硬件的强有力的供应商，英特尔提供以太网芯片构件。不久， Metcalfe离开Xerox成为企业家和经纪人。1979年7月，DEC、英特尔和Xerox筹备召开三方会议， 1979年正式举行首次三方会议。1980年9月30日，DEC、Intel和Xerox公布了第三稿的"以太网，一种局域网：数据链路层和物理层规范，1．0版"，这就是现在著名的以太网蓝皮书，也称为DIX(取三家公司名字的第一个字母而组成的)版以太网1．0规范。如前所述， 最初的实验型以太网工作在2.94Mbps，而 DIX开始规定是在20Mbps下运行，最后降为 10Mbps。在以后两年里 DIX重新定义该标准，并在1982年公布了以太网2.0版规范作为 终结。 在DIX开展以太网标准化工作的同时，世界性专业组织IEEE组成一个定义与促进工 业LAN 标准的委员会，并以办公室环境为主要目标，该委员会名叫802工程。DIX集团虽已推出以太网规范，但还不是国际公认的标准,所以在1981年6月， IEEE802工程决定组 成802.3分委员会，以产生基于 DIX工作成果的国际公认标准，一年半以后，即1982年12 19日，19个公司宣布了新的 IEEE802.3草稿标准。1983年该草稿最终以 IEEE10 BASE5而面世。(选用缩写词10BASE5是因为该标准指定了利用基带的10MbpS传输速 率和允许节点间的距离是50米，802.3与 DIX以太网2.0在技术上是有差别的，不过这种 差别甚微。)今天的以太网和802.3可以认为是同义词。在此期间， Xerox已把它的4件以 太网专利转交给 IEEE，因此现在任何人都可以用1000美元从 IEEE得到以太网使用许可 证。1984年美国联邦政府以 FIPS PUB107的名字采纳802.3标准。1989年 ISO以标准 号 IS88023采纳802.3以太网标准，至此， IEEE标准8O2.3正式得到国际上的认可。 3Com将以太网产品化(1980-1982) 在DEC、 Intel、Xerox的工程师们仍在为以太网规范进行最后加工时，Metcalfe已在谋求 其它商业利益，井谢绝了Steve Jobs建议他参加Apple计算机公司开发网络的建议。1979 年6月， Bob Metcalfe、Howard Charney、Ron Crane、Greg Shaw和 Bill Kraus组成一个计算机通信和兼容性公司，就是现在著名的3Com公司。 1980年8月，3Com公司宣布了它的第一个产品，即用于Unix的商业版TCP／IP，并在1980年12月产品正式上市，1981年2月制定了宏伟的经营计划。3Com收到了一大笔风险基金，1981年3月，即在官方标准正式公布前18个月，3Com公司已将它的第一批符合802标准的产品(3C100收发器)投放市常1981年底，该公司开始销售 DEC PDP／11系列 和 VAX系列用的收发器和插卡，同时也销售Intet Multibus和 Sun微系统公司机器用的收 发器和插卡。 Metcalfe的最初商业计划是把1980年的风险资金投到为新个人计算机开发以太网适配器的工作上，因为新的个人计算机在世界各地刚刚兴起。1981年Metcalfe与所有的大牌PC公司(其中包括 IBM和Apple)商谈建造以太网适配器的计划。在Apple工作的 Steve Jobs立即表示赞同，一年后3Com公司为Apple机配置的第一批以太网产品投放市常这台名叫Apple Boxes的以太网设备是一台连接到 AppleII并行端口的笨拙的机箱，在市场上 以失败而告终。一直以创造历史著称的IBM当时也宣布了最初的IBM PC，但不与3Com合作，原因是IBM正忙于发明自己的令牌环网。但3Com决定在没有IBM合作的情况下推进自己的计划，开始开发EtherLink ISA适配器。18个月后，即1982年9月29日，第一台EtherLink投放市场，并随机配置相应的DOS驱动软件。 第一台 EtherLink在许多方面有技术上的突破： EtherLink网络接口卡可通过硅半导体集成工艺来实现。1983年，3Com成为新起的Seeq技术公司的合伙人。Seeq公司许诺在它的VLSI技术中使一个硅片能包含大多数的离散控制器功能，从而减少印制板上的元件数量及其成本，并留出足够的空间使收发器能组装在一块印制板上。1982年年中，EtherLink变成包含一块以太网VLSI控制器硅片的第一个网络接口卡(NIC)--Seeq8001。 更重要的是EtherLink成为IBM PC的第一个以太网ISA总线适配器，这是以太网发展史上的一个里程碑。由于Seeq硅片的价格低，所以3Com能以950美元的价格销售EtherLink，这比其它的卡和以前销售的收发器都要便宜得多。 在EtherLink适配器推出之前，所有以太网设备的特点是采用一个外接的MAU收发器，将它连接在以太网的细同轴电缆上。由于采用超大规模集成电路芯片节省了大量空间，因而该收发器就可集成在插件卡上。由于传统的粗同轴电缆存在各种缺点，因此3Com公司也采用新的细缆布线方法。 这个名为细缆以太网的基本思想是由EtherLink设计师Ron Crane发明的，并很快成为事实上的标准。这种细缆以太网有许多优点:不需要外加收发器和收发器电缆，价格便宜，由于细同轴电缆容易安装和使用，使得网络与用户更加友好。 Metcalfe决定以IBM PC为目标，使3Com公司大受其益。当时IBM设计IBM PC是想将该机主要作家庭计算机用；然而开始大量购买PC机的却是各个公司，而不是家庭用户。1982年对PC的需求已超过预测值，IBM一个月就卖出20万台PC，比公司原先的预测超出一倍之多，使得IBM公司的工厂加班加点，用一年时间生产出要两年半才能完成的产量，以满足市场需求。在1981年初，IBM XT上市，此时IBM已占有PC商业市场的75％的份额，可惜的是IBM当时没有认识到各公司想把他们的个人计算机联网。到1983年时， EtherLink的生意火爆，1984年3Com的股票开始上市。同年3Com、ICL(国际计算机有限 公司)、HP将细缆以太网的概念提交给IEEE，不久IEEE就以l0BASE2承认它为官方标准。由于节点到节点的距离缩短到200米，所以将该标准称为10BASE2；还有，由于它采用较便宜的细同轴电缆，因此也称为 Cheapernet。 StarLAN：思想伟大，但速度欠佳(1984--1987) 细缆以太网在大多数方面都比常规以太网优异，细缆以太网用廉价的柔软性强的细同 轴电缆取代了昂贵的黄色粗同轴电缆。另外，大多数细缆以太网的网络接口卡( NIC)都有 内含的收发器，使得它容易安装和降低费用。 但是细缆以太网仍有一些主要的缺点，例如同轴电缆因偶然性事故或用户的某种粗心 而断裂(这种事往往时有发生)，就会使整个网络瘫痪。另外，要求在网络两端进行正确的 端接，而且网络重构是一个问题--如果用户进行实体方面的移动，则网络电缆必须相应地 重新布线，这往往是既不方便，而又容易出事。 1983年底，从英特尔公司来的 Bob Galin开始与 AT＆T和 NCR协作，研究在无屏蔽双 绞线(UTP)电话电缆上运行以太网。 NCR建议采用类似细缆以太网的总线额扑结构，而 AT＆T电话公司热衷于类似现行电话布线结构的屋形结构。 UTP星形配置的优点是多方 面的：便于安装、配置、管理和查找故障，而且成本较低；这种星形星置是一个突破，因为它允 许采用结构化布线系统，它用单独一根线将每个节点连接到中央集线器，这对于安装、故障寻找和重新配置显然是一个明显的优点，可以大大降低整个网络的成本。 1984年初又有14个公司参加到 UTP以太网的研究活动中来，有过很多次讨论，主要 都是围绕如何使快速以太网能运行在 UTP线上。他们证实低速以太网( l-2Mbps)可以在 Category3线上运行，并能满足电磁干扰规定和串扰方面的限制。但某些经销商强烈反对 将速度降到常规以太网速度的10％，很快使不少人失去兴趣，其中也包括以太网的两位领 头人3Com和DEC在内，而其它一些参与者认为1Mbps对配置 IBM PC和 XT机的 PC网 已够快的了。在经过--番激烈的技术讨论后，该集团表决通过将以太网退回到1Mbps。 10家公司决定执行lMbps以太网，并与IEEE进行商讨。IEEE802小组委托以Galin为首的StarLAN任务组进行标准化工作。1956年中，作为IEEE802.3新标准的1BASE5被 批准实施(StarIAN 可支持从集线器到节点间长达250米的距离，在1BASE5中的5表示 节点到节点的距离为500米)。 StarLAN走向消亡 1984年，以HP和AT＆T为首的经销商将StarLAN 集线器网络接口卡推向市常在80年代StarIAN完成了数百万个连接，但包括3Com和DBC在内的许多经销商早已认定1Mbps太慢--在计算机工业上已形成每两年将性能翻一番的传统，一些客户和经销商把lMbFs以太网看作是一种后退行为。(在1984年IBM已宣布基于Intel80286微处理器的PC AT，两年后，即在StarLAN 1BASE5标准被批准的那年，Intel公司推出了80386微处理器，这个32位的 CPU比它的上一代80286强劲许多倍。)因此，StarLAN再也不可能获工业界和市场上的支持使之重新起飞。终于在1987年走向衰亡，当时SynOPtics公司推出LATTISNET和提交在常规电话线上实现全速10Mbps以太网性能的产品。不久，LAT TISNET由 IEEE按照双绞线以太网进行标准化，同时定名为10BASE-T，这样 StarLAN 和 Galin的死期已是屈指可数的了，不过作为无屏蔽双钮线和星形线以太网的开拓者，其功绩 是不可磨灭的。 10BASE-T和结构化布线的历史(1986--1990) 在80年代中期， PC革命浪潮已是势不可挡，1986年，个人计算机在应用程序的驱动下销售蒸蒸日上。Lotus l-2-3已成为IBM PC AT的应用的有力对手--每一笔生意中都 少不了它。 Apple的Macintosh在1986年起飞后，因其非平行图形用户界面而得到用户 青睬。同时人们希望共享昂贵的激光打印机来印刷他们的电子表格和台式印刷出版物，适 得网络销售也特别红火。 发生两件大事使得以太网再度掀起高潮：一是1985年 Novell开始提交 Network，这是一个专为IBM兼容个人计算机联网用的高性能操作系统，二是10BASE-T，一个能在无屏 蔽双绞电话线上全速10Mbps运行的以太网。 光缆以太网和 UTP以太网 第一个以太网使用的是粗同轴电缆，几年以后，Metcalfe和 Eric Rawson证明CSMA型信号能在光缆上运行。80年代初期，光缆引起轰动。Xerox决定在光缆上运行以太网。Er ic Rawson被任命为光缆以太网工程的负责人，不久Ron Schmidt也参加进来。Rawson和Schmidt发现以太网的确能在光缆上运行，但只能是星形结构，而不是典型的以太网总线拓扑结构。1985年，Schmidt又将光缆以太网硬件改变成在屏蔽双绞线( STP)上运行，然而，由于STP电缆价格昂贵而笨重；因而在以后他又做了一些实验，证明以太网可以在正规的无屏蔽双绞线(UTP)上运行。 结构化布线： StarLAN和 Token Ring 1985年， IBM开始推出它的4-Mbps Token Ring LAN--这已是在Metcalfe最初与IBM商讨建造IBM PC用的以太网适配器的6年之后，也差不多是第一个ISA EtherLink上市后的三年。虽然令牌环(Token Ring)网比10Mbps以太网差不多慢一半，但它比以太网 有一个主要的优点--它是基于结构化的布线系统，它把中央集中器或集线器用屏蔽双绞 线(STP)连到节点上。到1986年，采用结构化布线系统的StarLAN 也开始上市，但不幸的是StarLAN的速度只有以太网速度的10％，即lMbps，因而无法取代常规的10MbpS以太网或4Mbps的令牌环网。但是，StarLAN和令牌环的出现使得未来用双绞线布线和集中化布线集线器的前景更加明朗化。 SynOptics通信公司的诞生 再回到1983年，Schmidt已开始在Xerox内部寻求一个经营单位来生产光缆以太网，虽然未能如愿以偿，但却在另一方面大有收获--他在Xerox内找到了一个名叫Andy Lud wig的业务计划师，两人非常投机，经过与Xerox的多次谈判后，到1985年夏终于成立了他 们自己的公司，而Xerox只是他们公司的一个小股东。在获得一笔风险资金后，Schmidt和Ludwig于1985年l1月率领8名Xerox雇员完全脱离Xerox公司，开始以名为ASTRA通信公司进行创业。该公司的目标是销售结构化布线光缆和 STP以太网集线器。(ASTRA这个名字没有维持多久，因为NEC已为该名进行过商标注册，并威胁要控告Schmidt的新公司违反商标法。新公司的一个董事长在浏览字典时偶然找到Synoptis这个词，SynOptics 通信这个公司的名字就由此而诞生。) 10BASE-T批准为 IEEE标准 1986年，SynOptics开始进行在UTP电话线上运行10Mbps以太网的研究工作。名叫LATTIS NET的第一个SynOptics产品于1987年8月17日正式投放市常也就在同一天，IE涨IEEE 802.3工作组聚在一起讨论在UTP上实现10MbPs以太网的最好方法，后来被命 名为10BASE-T。 除了SynOptics LATTISENT方案外，许多有竞争力的提案也纷纷飞向IEEE，其中最著名的是3Com／DEC和HP的提案。经过三年的时间，世界各地的工程师定期地云集在IEEE802.3这面大旗下，探求在UTP上运行10Mbps以太网的最佳方案。最后IEEE同意以HP多端口中继器方案和改进型的SynOptics LATTISNET技术为基础进行标准化 1990年秋天,新802.3i／10BASE-T标准正式通过。次年以太网的销售量将近翻一番，其吸引 力是靠新的10 BASE-T中继器、双绞线介质附属件( MAU)和 NIC网络接口卡。 星形布线结构的出现是以太网发展史上的伟大里程碑。首先，以太网开始愈来愈像电 话系统，都有设在布线室的中央交换机和连到每个节点的专用线。其次，IBM Token Ring已失去它的两个优势--结构化布线方法和采用双绞线布线。 Novell NetWare：联网"权威" 1980年初，一家很小的名叫Novell的软件公司开发了一个取名为NetWare的网络操作 系统。然而，要想运行NetWare操作系统，就需要购买有关的网络硬件， Novell抓住这一机遇，开始销售网络接口卡，这时的接口卡只适用于以太网。几乎一昼夜间，NetWare成为办 公室应用的"权威"，它允许各个 PC访问共享打印机，发送电子信函，交换文件和访问中央 数据库。NetWare的巨大成功又推动了对以太网适配器的大量需求，从而使得以太网成为网络市场的领先者。以后，NetWare被修改成可适用于ARCnet和Token Ring(令牌环)网。 到此，以太网压倒了所有其它的LAN技术。1980年Novell出卖了它的网络接口卡业务，但与此同时，它开始向任何需要它的Novell Engineering(NK)以太网适配卡设计的人出售许可证，从而出现了庞大的 NE2000仿制 生意，就像 IBM PC仿制工业那样兴拢突然之间，一些外行公司可以通过购买 NS半导体公司的芯片和从Novcll获得名称、设计和相应软件来进入网络接口卡业务之中。有些公司甚至不顾受设计许可证的麻烦，只要从 NS公司购买8390硅片和提交不带软件、但标有"NE2000兼容型"就万事大吉了。由于 NE2000仿制者和3Com之间的激烈竞争，使得 价格急剧下降。到1988年已有数十家 NE2000卡制造商在营业，只要花200美元就可购买 Ethernet网络接口卡，而 IBM的 Token Ring卡却要花1000多美元。到1990年，Western DigitaI(以后改为 SMC)公司和一些台湾公司在内的一些NE2000经销商甚至开始仿制Nationa1 8390以太网芯片。其结果是以太网营业额由于不断降价而上升，可供货的经销 商愈来愈多，因竞争压力而使技术革新不断涌现。 Token Ring的消亡 直到1992年，许多工业和市场研究分析员错误地预测Token Ring有朝一日要压倒以太网，但事实是SynOptics公司于1987年12月向德克萨斯仪器公司(TI)和波音航空公司提交它的第一个以太网集线器时，给Token Ring的未来以致命的一击。 80年代末，甚至连IBM都不敢再小看以太网的存在了：一个例子是IBM开始为它的个人计算机和AS／400小型机出售微通道以太网适配器，以满足十年来它的客户一直在要求 提供的连网选件，另一个例子是IBM为了适应世界潮流而推出RS／6O00工程技术工作站 产品线。工作站的首领--SUN微系统公司早就采纳以太网为标准，而把以太网标准构件 建到它的每台机器之中。在1991年，IBM的Austin、Texas工作站分部迈出了出人意料的一步--采纳以太网作为它的标准。从此RS／6000开始配备内建的Inte132位以太网协处理器。 只有在90年代才使IBM的网络分部开始认识到： Token Ring是无法取代以太网的、它的网络战略已告失败。此时，以太网的销售量与Token Ring的销售量之比为3：1，而且这种压倒趋势还在加速。就在即将退出网络舞台的最后一刻，IBM仍试图以拷贝Novell NE2000／Nationa18390仿制战略来停止市场份额被以太网蚕食的趋势。1992年，IBM把它的Token Ring硅片组的许可证转给国家半导体公司(NS)，以产生一个生产基地广大而 经济的仿制工业，但到1992年，Tocken Ring彻底失败的结局已无法挽回，此时以太网已成为全球大、中、小各类公司局域网的事实上的标准。四年来，以太网的销售量增加到十倍，从 1988年的1百万套到1992年的 l千万套，这是多么令人瞩目的增长速度! 交换式和全双工制以太网的出现(1990--1994) 在80年代末，若干市场因素促使对快速网络基础结构的需求： 独立的 PC连接到现有网络中，导致较高信息流量。 市场上新型PC越来越多，也导致较高的信息流量。 使用图形用户界面的、功能强大的PC机越来越多，造成了较高的基于图形的网络负载。 多LAN连接在一起，共享以太网依赖于所有用户共享介质的单个连接，在这种连接方式中，一次只有在任何地点的一个网站可以发送。由于较多的用户争用 有限的同一带宽，因而将这些不同的局域网连接在一起导致了信息流量的猛增。 两端口网桥(只连接两个LAN)有着和以太网本身一样长的历史，此时它在连接LAN上成为畅销货，因为它能使信息流量受控。到80年代末一种新型网桥--智能型多端口 网桥开始出现。Alantec、Synernetics、Raca1-Milgo、Clear point等公司都纷纷出售智能型多端口网桥，但在1990年，一个完全不同的网桥--Kalpana EtherSwitch EPS-700面世。 EtherSwitch由于以下几个理由而与当时的绝大多数网桥有很大的不同： 网络开关(Switch)是一种提供同时多条数据传输路径的体系结构，和电话交换机很 相似，使整体吞吐量显著提高。 EtherSwitch使用一种名为"切入法"(cut-through)的新桥接技术(而常规网桥是使用存贮、转发技术)。通过这种网络开关使延迟时间降低一个数量级。 最终使Kalpana成为名牌的是该公司的奠基者 Vinod Bhardwaj和 Larry Blair采有不 同凡响的经销方法来推销该产品。 EtherSwitch是以提高LAN性能的网络开关来销 售的，而不是以互连不同LAN 的网桥来销售。这一区别非常微秒，但几乎在一昼夜 间， EtherSwitch开辟了一个新的市场领域--网络开关(或网络交换器)。 全双工以太网 1993年， Kalpana创造了另一项突破--全双工以太网。常规的共享介质以太网只以半双工模式工作，网络在同一时间要么发送数据，要么接收数据，而不能同时发送和接收数据。对所有的用户，共享以太网都依赖单条共享介质，因此在技术上不可能同时发送和接收。全双工的优点是很明显的--同时发送和接收，这在理论上可以使传输速度翻一番。 Kalpana把这一特性加到它的集线器中，全双工很可能成为未来交换式集线器和服务器网络接口卡的标准。 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常 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常 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); 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 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。
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 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。 |