局域网和广域网¶

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局域网（LAN）和广域网（WAN）是按地理覆盖范围划分的两类典型网络。二者在拓扑、链路类型、常用协议上差异明显，但都属于数据链路层需要服务的"网络"场景。

局域网¶

局域网的基本概念和体系结构¶

局域网是在有限地理范围内，将若干计算机、外设及通信设备互连起来，实现资源共享和信息传递的计算机网络。

局域网的主要特点：

• 覆盖范围小，传输时延低，数据传输速率高

• 通常由单一机构建设、管理和维护

• 多采用广播信道（共享介质），需要介质访问控制（MAC）

• 可靠性较高，误码率低

IEEE 802 参考模型¶

IEEE 将数据链路层划分为两个子层，与物理层共同构成局域网协议栈：

常见 IEEE 802 标准¶

以太网与IEEE 802.3¶

以太网（Ethernet）是目前最广泛使用的有线局域网技术，IEEE 802.3 是其标准化版本。传统共享式以太网采用CSMA/CD；现代交换式以太网中，每个交换机端口构成独立冲突域，全双工模式下不再需要 CSMA/CD。

以太网的传输介质与网卡¶

以太网可使用多种传输介质：

网卡（NIC，Network Interface Card）是主机接入局域网的接口设备，主要功能：

• 实现数据链路层帧的发送与接收

• 提供唯一的 MAC 地址，用于局域网内寻址

• 完成串行/并行转换、编码解码等

以太网命名规则（如 100BASE-TX）：100 = 速率（Mbps），BASE = 基带传输，TX = 介质类型（双绞线）¹。

以太网的MAC地址¶

MAC 地址（物理地址）是数据链路层用于标识网络接口的地址，以太网中为 48 位（6 字节），通常写作 6 组十六进制数，如 00-1A-2B-3C-4D-5E。

特殊 MAC 地址：

• 广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF，同一广播域内所有接口都接收

• 组播地址：MAC 第一字节最低位为 1（如 01-00-5E-xx-xx-xx 用于 IPv4 组播映射）

• 单播地址：第一字节最低位为 0

以太网的MAC帧¶

以太网 MAC 帧是数据链路层的传输单位，经典 802.3 + DIX Ethernet II 格式如下：

从目的 MAC 到 FCS 的部分称为MAC 帧主体：

• 最小帧长：64 字节（不含前导码和 SFD）——保证CSMA/CD 能检测到冲突

• 最大帧长：1518 字节（不含前导码和 SFD）

• 数据部分不足 46 字节时需填充（Pad）

高速以太网¶

在保持帧格式兼容的前提下，以太网速率不断提升：

IEEE 802.11无线局域网¶

无线局域网（WLAN，Wi-Fi）使用无线电波作为传输介质，标准号为 IEEE 802.11。由于无线信道难以可靠检测冲突，采用 CSMA/CA（冲突避免），并配合 ACK 确认。

无线局域网的组成¶

802.11 定义了两种基本组网方式：

基础设施模式中：

• STA（Station）：笔记本电脑、手机等终端

• AP（Access Point）：无线接入点，连接无线与有线网络

• BSS（Basic Service Set）：一个 AP 及其关联 STA 构成的基本服务集

• ESS（Extended Service Set）：多个 BSS 通过 DS 互联，形成更大覆盖

802.11的MAC帧¶

802.11 MAC 帧与以太网帧结构不同，字段更复杂，常考帧类型与地址字段数量：

三种主要帧类型：

地址字段（最多 4 个）：在基础设施模式下，数据帧通常涉及源 STA、目的 STA、AP、DS 中的若干地址，因此 802.11 帧可有 2～4 个地址字段（由 Frame Control 中的 To DS / From DS 位决定）。

VLAN基本概念与基本原理¶

VLAN（Virtual LAN，虚拟局域网）是在逻辑上将一个物理局域网划分为多个独立的广播域，而无需增加物理设备。

为什么需要 VLAN¶

• 二层交换机默认转发广播，整个网络处于同一广播域，广播风暴、安全性、管理粒度都是问题

• 路由器可隔离广播域，但成本高、端口有限

• VLAN 在二层实现广播域隔离，灵活且高效

基本原理¶

• 交换机根据端口配置或帧中的 VLAN 标签，决定帧属于哪个 VLAN

• 同一 VLAN 内的帧可二层互通；不同 VLAN 之间需经三层设备（路由器/三层交换机）转发

• 标准：IEEE 802.1Q，在以太网帧中插入 4 字节 VLAN 标签

端口类型¶

广域网¶

广域网的基本概念¶

广域网（WAN）覆盖范围大，可跨越城市、国家甚至全球，用于连接距离较远的局域网或主机。

广域网的特点：

• 覆盖范围广，结点地理分布分散

• 传输距离长，时延通常高于局域网

• 多由电信运营商提供（租用专线、光纤骨干等）

• 结点之间多为点对点链路，一般不需要广播式 MAC（如 CSMA/CD）

• 常用协议：PPP、HDLC、帧中继、ATM等

点对点协议¶

PPP（Point-to-Point Protocol，点对点协议）是目前最常用的点对点数据链路层协议，用于拨号上网、路由器间串口/专线互联等场景，替代了功能简陋的 SLIP。

PPP 的组成¶

PPP 主要包括三部分：

PPP 帧格式¶

组帧采用字节填充法（标志 0x7E、转义 0x7D），与 组帧-字节填充法 思路一致。

PPP 的工作流程与特点¶

• 面向字节（不是比特填充）

• 全双工链路

• 仅检错（FCS），不纠错、不流量控制、不编号——可靠传输交给上层（如 TCP）

• 支持身份验证：PAP（明文）、CHAP（挑战握手，更安全）

• 支持多种网络层协议（IP、IPX 等），通过 NCP 分别配置