光纤局域网

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光纤局域网(Optical Fiber LAN，OFLAN)

　　光纤局域网是指利用光纤将较为靠近的许多用户连接起来的网络，这样网上的所有用户都可以通过该网络相互进行数据交流，因此在光纤局域网中要求用户都具有发送／接收数据的功能，并且在一个网络协议的规定下操作，不同的网络协议适合于不同的网络拓扑结构，不同的拓扑结构适应于不同的场合。

　　光纤局域网可以用在大型工矿企业的公务电话、电视电话会议系统以及用于生产过程的闭路电视监控等，也可以用于城市管理系统(如道路交通管理)，或用于计算机网的数据传输以及多个计算机终端共用一个高性能的专用处理器中，也可用在电力系统的电力调度网络上等等。

　　光纤局域网可用到小至一个办公楼内的办公室自动化系统中，宾馆、商场的管理系统中，甚至可用到一架飞机或舰船上的通信、监视系统中。当然光纤局域网也同样可以用于军事指挥系统中。光纤通信网的发展十分迅速，正从单一功能的电话网、数据网、CATV网等向功能齐全的综合业务数字网(ISDN)发展，从窄带(N-ISDN)向宽带(B-ISDN)发展。目前，信息高速公路更是世界性的热门话题，预示着信息革命的新纪元已经到来。

　　众所周知，局域网的拓扑结构主要有星型拓扑、环行拓扑、总线拓扑以及混合型拓扑。光纤局域网也是局域网的一种，所以其拓扑结构大致也可分为这几种。

　　1．无源星型结构

　　无源星型拓扑结构，“无源星型耦合器”是把许多光纤熔化在一起制成的，任何一条光纤输入到耦合器的光都会被等分，再输出到接在耦合器上的每条光纤。网络中的每个设备拥有两条光纤，一条用于发送数据，另一条用于接收数据。从物理上看，这属于星型拓扑结构，但它的作用却与总线型拓扑结构类似，任何一台设备发送出来的信号，可以被所有连接在网上的设备接收，如果同时有两台设备发送，同样会产生冲突。

　　目前已有的产品可做到1km、几十个设备同时接入网内。传输距离和接入设备的数目都要受到限制，这是因为在网络中存在着信号功率的损耗，信号从发送器到接收器的功率损耗一般是25-28db，这个损耗主要产生在光纤连接器、光纤电缆和耦合器这3个元件上。每个光纤连接器的损耗大约为1-1.5db，光纤电缆的损耗每公里约为3-6db，在耦合器中光的功率分配，损耗等于10Log（节点数）。

　　2．有源星型结构

　　有源星型拓扑结构。与无源星型拓扑结构相比，不同之处在于耦合器使用的是有源中继器。有源星型拓扑结构也是物理上的星型结构，而实际的作用类同于总线结构。当一个站发送时，接收器模块在输入端检测该输入信号，并重新发送至R总线。R总线上的信号被控制模块接收，然后重传至X总线，控制模块的作用是检测冲突。发送模块从X总线取得信号，然后发送至输出端。

　　有源星型结构比无源星型结构有更多的优点，由于不需在耦合器中将发送的信号分割，所以损耗较小，因此有源星型结构可以支持更多的设备和更大的距离，一般可以达到上百个设备和2.5km的传输距离。但是，比起无源星型拓扑结构，有源星型结构成本很高。

　　3．光纤环网结构

　　光纤环网结构采用点到点的链路组成，而点到点的光纤传输技术最为成熟，所以光纤环网的结构最普遍。在这种结构中，光纤的延迟小，易于配置很多站点的环网和高速环网。但是，高速光纤环网价格很贵，只能应用于有限的场合。IBM公司开发了一种速度较低，但价格也相当便宜的光纤环网，它采用850nm波长，以及价格低廉的LED发送器和PIN检测器，数据传输速率可达到20Mbps，最大的链路距离可达1.5-2km，可以支持250个站点。

　　4．光纤总线网结构

　　光纤总线拓扑有两种不同结构，它们的区别在于采用的是有源抽头还是无源抽头。对于有源抽头结构，从总线传来的光信号能量输入抽头，抽头将信号转换成电信号，然后送至站点。从站点输出的信号再调制成光信号，最后将光信号再送至总线上。

　　对于无源抽头结构，抽头将总线上传送来的光能量抽取一部分到接收站点。发送时，站点直接将能量注入总线。这里，抽头的作用类似于电线总缆的中间抽头。

　　对于有源总线配置，需两根光缆，每个抽头由两个有源耦合器组成，这是因为设备的单方向性决定的；对于无源总线配置，每个抽头需要两次接到总线，其原因也是因为无源抽头的单方向性决定的，同样也需要两根光缆。每个抽头由两个发送器和两个接收器组成，因此，信号能从两根单方向的电缆中插入和抽出。环型无源光纤总线拓扑结构，即将总线的一端连在一起，信号的传输如同双电缆总线结构，一边是信号输入，另一边是信号输出。这种结构的优点是可以省掉一半数量的发送器和接收器，从而降低成本。

　　有源光纤总线的缺点是线路复杂，接口的费用开销大，每个抽头要引入延迟；无源光纤总线的主要缺点是抽头的损耗大，这就限制了抽头数目。目前，低损耗的抽头一般可以支持80个抽头接入光纤线路。

　　我国在光纤局域网，光纤广域网方面的研究已经有近十年历史，由世界银行贷款100万美元建立的光纤区域网国家重点实验室已经国家教委验收通过并在上海交通大学开放运行。已具备研究光纤局域网的强大的科研队伍及充足的科研设备。在光纤总线网方面已能批量生产网络连接设备，智能网桥等，在综合业务光纤环网方面已能为实际的网络用户提供服务。在光纤光路设计、光缆架设、光纤熔接以及光纤星型耦合器光纤分路器、光纤三波分、四波分复用器等无源光器件方面已能提供高可靠的实用器件及工程实施。

　　不同的协议方式，适用于不同的网格拓扑结构，下面对总线型、环型、星型LAN的组成加以介绍。

　　(1)总线型结构

　　总线型结构网络是一种非常典型的网络结构，它可以将多台计算机和终端设备进行连接。

　　在图中给出了总线型结构的示意图，从中可以看出，每个分站都有光发射和光接收部分，每个终端站与光纤之间都有光分支耦合器相连，这样用户可以通过光分支耦合器将各终端所要传输的光信号耦合进入传输光纤，或实现由传输光纤中分取少量光信号的操作，从而在一个服务区域内通过一条光纤传输多路信号，完成各终端间的数据互通。

　　光分支耦合器是将光信号进行分路或合路、插入、分配的一种器件。根据其间是否存在光放大作用，光分支耦合器又分为无源和有源两种形式。

　　①无源光分支耦合器

　　无论是有源还是无源的光分支耦合器，实际上在分路和合路的功能上并无本质区别，两者只是光信号传输的方向不同。如图所示，从图中可以看出，由光纤l输入1光信号，就会在光纤2，3支路里有光信号输出，而且也可以做到等光功率分配，反之也是如此。

　　在有源光分支耦合器内部有光发射机和光接收机，当节点处接收到来自光纤l的光信号时，首先由光接收机将光信号转换成电信号，再经过均衡、放大、整形处理，恢复成标准的脉冲信号，然后启动相应支路的光发射机，完成电／光转换，实现各节点之间的光传输。

　　(2)星型结构

　　星型网络拓扑结构具有交换的功能，使之有别于总线型网络结构。

　　星型网络结构如图所示，从图中可以看出，它是利用点对点的光纤传输，将所有节点与一个中心节点实现互连，这个中心节点通常是采用星型耦合器。

　　根据中心节点处是否具有有源器件，网络又有有源星型网络和无源星型网络之分。迪常在无源星型网络中心节点处，使用无源光星型耦合器，其结构如图所示。这样来自光纤l的光信号在此中心节点处，利用该耦合器实现光信号分配，即光纤2、光纤3、光兰，；传输该光信号，因为在无源光星型耦合器处进行的是无源光分配，即可以做到等光功率分配，那么分路数愈多，则每支路分得的光功率愈弱，因而为保证网络正常工作，对无源星型网络中的节点数目必须有所限制。

　　(3)环型结构

　　环型结构是一种附着于网络上的端系统或站点之间互连的方式。目前随着技术的不断进步，采用1．31gm的多模光纤和标准的光纤分布数据接口(FDDI)，工作于100Mb/s，速率的环型拓扑结构的光纤局域网得到了很大发展。

　　在环形结构中，是通过光纤将多个节点依次进行连接，从而构成单个封闭的环路，如图所示。每个节点都是由转发器组成，其具有发送和接收数据的功能，这样数据可以沿着各转发器在环上一位位地串行传输。

　　要使一个封闭环路成为一个通信网络，则需要具有三个功能，即数据插人、数据接收和数据清除。显然这些功能均由转发器完成，这样环型网络上的各转发器，除了作为有源元素之外，还起到数据接收、数据插入设备的连接点作用。

　　在此完成数据插入和数据接收的转发器的功能与有源星型网络中的星型耦合器功能基本相似，但就有源星型网络而言。由星型耦合器插入线路的信号传播到末端，是由末端接收器所吸收，从而实现数据清除功能。然而环型网络的路由是闭合路径，如不进行数据清除，则数据将永远在环路上流通，因而一般是由信源转发器在该分组数据环路上流动一周之后进行清除工作。

　　由此可见，转发器主要具有如下功能：

　　①将所接收的所有数据向下传输。

　　②提供接收和发送数据的能力。