# 3.6 局域网

## 一、局域网概述

### 1.1 什么是局域网

**局域网（LAN, Local Area Network）**：
- 覆盖范围小（几百米到几千米）
- 传输速率高
- 误码率低
- 私有网络

### 1.2 局域网的特点

- **覆盖范围小**：一栋楼或一个园区
- **传输速率高**：10Mbps到10Gbps
- **误码率低**：10⁻⁸到10⁻¹¹
- **延迟小**：几微秒到几十微秒
- **私有性**：单位或组织所有

### 1.3 局域网的拓扑结构

- **星形**：中心节点（交换机）连接所有节点
- **总线形**：所有节点连接到一条公共总线
- **环形**：节点首尾相连形成环

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## 二、以太网（Ethernet）

### 2.1 以太网概述

**以太网**：
- 最广泛使用的局域网技术
- 采用CSMA/CD介质访问控制
- IEEE 802.3标准

### 2.2 以太网的帧格式

```
| 前导码 | 目的地址 | 源地址 | 类型/长度 | 数据 | 填充 | FCS |
|  8B   |   6B    |   6B   |    2B    | 46-1500B |  0-46B | 4B |
```

**前导码（8字节）**：
- 7字节：10101010（同步）
- 1字节：10101011（帧开始定界符）

**目的地址（6字节）**：
- 目的MAC地址

**源地址（6字节）**：
- 源MAC地址

**类型/长度（2字节）**：
- ≥1536：类型（上层协议）
- ≤1500：长度

**数据（46-1500字节）**：
- 上层数据（IP数据报）
- 不足46字节需要填充

**FCS（4字节）**：
- 帧检验序列（CRC校验）

### 2.3 MAC地址

**MAC地址（物理地址、硬件地址）**：
- 48位（6字节）
- 固化在网卡中
- 全球唯一

**结构**：
```
|  OUI（24位）  |  厂商分配（24位）  |
|  厂商标识    |    网卡编号       |
```

**表示**：
- 十六进制表示
- 如：00-1A-2B-3C-4D-5E

**类型**：
- **单播地址**：第一个字节的最低位为0
- **组播地址**：第一个字节的最低位为1
- **广播地址**：FF-FF-FF-FF-FF-FF

### 2.4 以太网的类型

#### 传统以太网

**10Base-5（粗缆以太网）**：
- 10Mbps，基带传输，500米
- 使用粗同轴电缆

**10Base-2（细缆以太网）**：
- 10Mbps，基带传输，200米（实际185米）
- 使用细同轴电缆

**10Base-T（双绞线以太网）**：
- 10Mbps，基带传输，双绞线
- 使用集线器或交换机
- 星形拓扑

#### 快速以太网

**100Base-TX**：
- 100Mbps
- 使用Cat5双绞线
- 全双工

**100Base-FX**：
- 100Mbps
- 使用光纤

#### 千兆以太网

**1000Base-T**：
- 1Gbps
- 使用Cat5e/Cat6双绞线

**1000Base-SX/LX**：
- 1Gbps
- 使用光纤

#### 万兆以太网

**10GBase-T**：
- 10Gbps
- 使用Cat6a双绞线

**10GBase-SR/LR/ER**：
- 10Gbps
- 使用光纤

### 2.5 以太网的特点

**优点**：
- 技术成熟
- 成本低
- 易于安装和维护
- 扩展性好

**缺点**：
- 使用CSMA/CD时，冲突降低效率
- 使用交换机后，无冲突，效率高

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## 三、无线局域网（WLAN）

### 3.1 无线局域网概述

**无线局域网（WLAN, Wireless LAN）**：
- 使用无线通信技术的局域网
- IEEE 802.11标准
- WiFi

### 3.2 IEEE 802.11标准

| 标准 | 频段 | 最大速率 |
|-----|------|---------|
| 802.11b | 2.4GHz | 11Mbps |
| 802.11a | 5GHz | 54Mbps |
| 802.11g | 2.4GHz | 54Mbps |
| 802.11n | 2.4/5GHz | 600Mbps |
| 802.11ac | 5GHz | 6.93Gbps |
| 802.11ax (WiFi 6) | 2.4/5GHz | 9.6Gbps |

### 3.3 无线局域网的组成

**基本服务集（BSS）**：
- 一个AP和多个站点
- 基本服务区域（BSA）

**扩展服务集（ESS）**：
- 多个BSS通过分布式系统连接
- 形成更大的网络

**组件**：
- **站点（STA）**：无线设备
- **接入点（AP）**：连接无线和有线网络
- **分布式系统（DS）**：连接AP的网络

### 3.4 无线局域网的MAC层

**CSMA/CA**：
- 使用CSMA/CA协议
- 冲突避免而非冲突检测

**帧间间隔**：
- **SIFS（短帧间间隔）**：28μs
- **PIFS（点协调帧间间隔）**：78μs
- **DIFS（分布式协调帧间间隔）**：128μs

**ACK机制**：
- 收到数据帧后发送ACK确认
- 未收到ACK则重传

### 3.5 无线局域网的帧格式

```
| 帧控制 | 持续时间 | 地址1 | 地址2 | 地址3 | 序列控制 | 地址4 | 数据 | FCS |
```

**地址字段**：
- 地址1：接收地址（RA）
- 地址2：发送地址（TA）
- 地址3：目的地址（DA）或源地址（SA）
- 地址4：用于ESS中的AP间通信

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## 四、虚拟局域网（VLAN）

### 4.1 什么是VLAN

**虚拟局域网（VLAN, Virtual LAN）**：
- 将局域网内的设备逻辑地划分成不同的网段
- 不受物理位置限制

### 4.2 VLAN的优点

- **安全性**：不同VLAN之间隔离
- **灵活性**：不受物理位置限制
- **减少广播**：限制广播域
- **易于管理**：逻辑划分

### 4.3 VLAN的实现

**基于端口的VLAN**：
- 交换机端口划分到不同VLAN
- 最简单常用

**基于MAC地址的VLAN**：
- 根据MAC地址划分

**基于协议的VLAN**：
- 根据网络层协议划分

**基于子网的VLAN**：
- 根据IP子网划分

### 4.4 VLAN的帧格式（802.1Q）

```
| 目的地址 | 源地址 | 802.1Q标签 | 类型 | 数据 | FCS |
```

**802.1Q标签（4字节）**：
- **TPID（2字节）**：0x8100，标识VLAN标签
- **TCI（2字节）**：
  - 优先级（3位）
  - CFI（1位）
  - VLAN ID（12位）：0-4095

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## 五、考研重点

1. **局域网的特点和拓扑结构**
2. **以太网**：
   - 帧格式：各字段的含义
   - MAC地址：结构、类型
   - 以太网的类型：传统、快速、千兆、万兆
3. **无线局域网**：
   - IEEE 802.11标准
   - 组成：BSS、ESS、AP、STA
   - CSMA/CA协议
   - 帧格式
4. **VLAN**：
   - 概念和优点
   - 实现方式
   - 802.1Q标签

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