局域网：以太网、无线局域网、VLAN。
3.6 局域网
3.6.1 局域网的基本概念与体系结构
**局域网(LAN)**：覆盖较小地理范围（办公室、建筑物、校园等）的计算机网络，提供高数据传输速率和低延迟的通信服务。
特点：
- 为一个单位所拥有，地理范围和站点数目有限
- 所有站点共享较高的总带宽
- 较低的时延和误码率
- 各站为平等关系（非主从）
- 支持广播和组播
IEEE 802 标准：将数据链路层拆分为：
- LLC子层（逻辑链路控制）：与传输媒体无关，向网络层提供服务
- MAC子层（媒体接入控制）：与传输媒体有关，处理组帧、差错检测、透明传输等
注意：以太网已成为局域网主流，许多网卡仅装有MAC协议而无LLC协议。
3.6.2 以太网与IEEE 802.3
IEEE 802.3标准：基带总线形局域网标准，采用CSMA/CD协议。以太网（DIX Ethernet V2）与802.3标准只有很小差别，因此802.3局域网也被简称为以太网。
以太网简化通信的措施：
- 采用无连接的工作方式（不编号、不确认，不可靠）
- 使用曼彻斯特编码，每个码元中间有电压跳变，便于同步
1. 以太网的传输介质与网卡
| 标准 | 10BASE5 | 10BASE2 | 10BASE-T | 10BASE-FL |
|---|---|---|---|---|
| 传输介质 | 粗缆 | 细缆 | 非屏蔽双绞线 | 光纤对(850nm) |
| 编码方式 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 |
| 拓扑结构 | 总线型 | 总线型 | 星形 | 点对点 |
| 最大段长 | 500m | 185m | 100m | 2000m |
| 最多结点数 | 100 | 30 | 2 | 2 |
命名含义：10表示速率10Mbit/s，BASE表示基带以太网，5/2表示最大段长（×100m），T表示双绞线，F表示光纤。
网卡(NIC)功能：
- 数据串并行转换
- 数据封装和解封装
- 数据传输
- 介质访问控制
- 数据缓冲
- 网络协议支持
MAC地址（物理地址）：
- 长度：6字节（48bit），如02-60-8c-e4-b1-21
- 高24位：厂商代码
- 低24位：网卡序列号
- 广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF
2. 以太网的MAC帧（DIX Ethernet V2标准）
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 前导码 | 7字节 | 前同步码，实现比特同步 |
| 帧开始定界符 | 1字节 | 表示后面是MAC帧 |
| 目的地址 | 6字节 | 接收方MAC地址 |
| 源地址 | 6字节 | 发送方MAC地址 |
| 类型 | 2字节 | 标识上层协议（如IP） |
| 数据 | 46~1500字节 | 高层协议消息，不足46字节需填充 |
| 校验码(FCS) | 4字节 | 32位CRC，校验范围从目的地址到数据段 |
帧长度说明：CSMA/CD要求最短帧长64字节，首尾18字节，故数据至少46字节；最大1500字节由标准规定。
3. 高速以太网
| 类型 | 速率 | 特点 |
|---|---|---|
| 100BASE-T（快速以太网） | 100Mbit/s | 支持全双工/半双工，全双工时无冲突，最小帧长不变，最大段长100m |
| 吉比特以太网（千兆） | 1Gbit/s | 支持全双工/半双工，向后兼容，半双工时使用CSMA/CD |
| 10吉比特以太网(10GE) | 10Gbit/s | 只使用光纤，只工作在全双工，不使用CSMA/CD |
3.6.3 IEEE 802.11无线局域网
1. 无线局域网的组成
有固定基础设施无线局域网（Wi-Fi）：
- **基本服务集(BSS)**：一个接入点(AP) + 若干移动站
- **服务集标识符(SSID)**：AP分配的名称（≤32字节）
- **基本服务区(BSA)**：直径一般不超过100m
- **扩展服务集(ESS)**：多个BSS通过分配系统(DS)连接，通过门户(Portal)接入有线以太网
- 漫游：移动站从一个BSS移动到另一个BSS时切换AP
无固定基础设施移动自组织网络（Ad Hoc）：
- 无AP，由平等状态的移动站相互通信组成临时网络
- 各结点地位平等，中间结点都具有路由功能
- 与移动IP不同（移动IP基于固定网络路由协议）
2. 802.11无线局域网的MAC帧
帧类型：数据帧、控制帧、管理帧
数据帧结构：
- MAC首部：30字节（地址字段复杂）
- 帧主体：≤2312字节
- FCS：4字节
地址字段含义（4个地址字段）：
| 去往AP | 来自AP | 地址1（接收地址） | 地址2（发送地址） | 地址3 | 地址4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 目的地址 | AP地址 | 源地址 | — |
| 1 | 0 | AP地址 | 源地址 | 目的地址 | — |
| 0 | 0 | 目的地址 | 源地址 | AP地址 | — |
| 1 | 1 | 接收AP地址 | 发送AP地址 | 目的地址 | 源地址 |
核心规律：地址1是帧接收设备，地址2是帧发送设备。
RTS/CTS/ACK帧：控制帧，用于信道预约和确认。
无线与有线帧转换示例（A → B，经AP1、路由器R、AP2）：
- A → AP1（802.11）：地址1=AP1，地址2=A，地址3=R
- AP1 → R（802.3）：目的地址=R，源地址=A
- R → AP2（802.3）：目的地址=B，源地址=R
- AP2 → B（802.11）：地址1=B，地址2=AP2，地址3=R
3.6.4 VLAN基本概念与基本原理
为什么要使用VLAN：
- 交换式以太网中所有站点属于一个广播域
- 广播域过大会导致：广播风暴、管理困难、安全隐患
VLAN（虚拟局域网）：将较大的局域网分割成较小的与地理位置无关的逻辑上的VLAN，每个VLAN是一个独立的广播域。
VLAN划分方式：
| 方式 | 原理 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 基于端口 | 每个端口分配到特定VLAN | 简单易实现 | 灵活性低 |
| 基于MAC地址 | 根据MAC地址划分 | 主机移动后仍属原VLAN | 配置复杂 |
| 基于IP地址 | 根据网络层地址或协议类型划分 | 可跨越路由器扩展 | 需处理网络层信息 |
802.1Q帧（支持VLAN的以太网帧）：
- 在源MAC地址和类型字段之间插入4字节VLAN标签
- TPID（2字节）：固定值0x8100，表示包含802.1Q标签
- TCI（2字节）：
- PCP：3位，优先级标识
- DEI：1位，丢弃合格指示
- VID：12位，VLAN标识符（0~4095，0和4095保留）
802.1Q帧处理：
- 交换机对普通帧“打标签”（插入VLAN标签）
- 交换机对802.1Q帧“去标签”（删除VLAN标签）
- 主机不处理VLAN标签
帧长变化：加入VLAN标签后，最大帧长从1518字节变为1522字节，最小帧长不变。
习题
以太网帧的FCS字段用于？
B. 检测帧传输中的比特错误以太网MAC地址的广播地址是？
B. FF-FF-FF-FF-FF-FF以下关于以太网帧格式的说法，错误的是？
C. 数据部分可以为空（数据至少46字节）以下关于SSID的描述，正确的是？
B. SSID用于标识无线网络名称以下关于VLAN的说法，错误的是？
C. VLAN只能基于端口来划分（还有基于MAC、基于IP等）在IEEE 802.1Q帧格式中，新增的VLAN标签字段长度是？
C. 32位（4字节）一个交换机上划分了3个VLAN，每个VLAN有10台主机，该交换机上的广播域数量是？
B. 3个（每个VLAN是一个独立的广播域）谢希仁3-18：10BASE-T中，“10”表示10Mbit/s速率，“BASE”表示基带传输，“T”表示双绞线。
谢希仁3-16：10 Mbit/s以太网使用曼彻斯特编码，每个比特对应两个码元，码元传输速率为20 Mbit/s（即20×10^6 码元/秒）。
笔记结束