介绍局域网拓扑、以太网、无线局域网与广域网的规范、帧格式和典型工作机制。

# 局域网

局域网（LAN, Local Area Network）是在较小地理范围内互连计算机和设备的网络，例如实验室、办公室、校园楼宇。

局域网的主要特征由三个因素决定：

其中，介质访问控制方式对局域网技术特征影响最大。

# 常见拓扑

现代以太网常见现象：

• 物理拓扑：星形，设备连到交换机。
• 逻辑拓扑：交换式网络中不再是传统共享总线。

# 以太网与 IEEE 802.3

以太网是使用最广泛的局域网技术。传统以太网使用 CSMA/CD；现代交换式全双工以太网通常不再发生冲突，也不再使用 CSMA/CD 进行介质争用。

# 以太网命名

常见格式：

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速率 + BASE + 介质

例如：

记忆：

• BASE 表示基带传输。
• T 表示 twisted pair，即双绞线。
• F 通常与 fiber，即光纤有关。

# 以太网 MAC 帧

以太网 MAC 帧主要字段如下：

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目的 MAC | 源 MAC | 类型/长度 | 数据 | FCS
  6B    |  6B   |   2B    |46~1500B|4B

物理层还会在帧前发送：

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前导码 7B + 帧开始定界符 1B

但它们属于物理层同步信息，不计入以太网 MAC 帧长度。

# 字段说明

# 最小帧长与最大帧长

以太网 MAC 帧：

• 最小长度：64B。
• 最大长度：1518B。
• 数据字段：46B 到 1500B。

为什么数据字段最小为 46B？

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最小帧 64B = 目的地址 6B + 源地址 6B + 类型 2B + 数据 46B + FCS 4B

最大数据字段 1500B 也称 MTU。

# MAC 地址

MAC 地址是数据链路层地址，长度为 48 bit，即 6B，通常用十六进制表示。

示例：

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00:1A:2B:3C:4D:5E

MAC 地址用于同一链路或局域网内部的数据帧转发。跨网络传输时，IP 地址通常保持端到端意义，而 MAC 地址会在每一跳链路上改变。

# IEEE 802.11 无线局域网

IEEE 802.11 是无线局域网标准族，也就是常说的 Wi-Fi。

无线局域网常见组成：

• 无线站点 STA。
• 接入点 AP。
• 基本服务集 BSS。
• 扩展服务集 ESS。

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flowchart LR
    A[STA 手机] --- AP[AP 接入点]
    B[STA 笔记本] --- AP
    AP --- DS[分布式系统/有线网络]

# 无线局域网为什么用 CSMA/CA

无线环境不适合 CSMA/CD：

• 发送时难以同时检测碰撞。
• 隐蔽站会让发送方无法听到所有竞争者。
• 无线信号强弱受距离和障碍影响。

因此 802.11 使用 CSMA/CA，即尽量避免冲突，并用 ACK 确认成功接收。

# 802.11 帧地址

802.11 数据帧可能含有多个地址字段，常考前三个地址。

基本记忆：

常见基础结构网络：

# VLAN

VLAN（Virtual LAN，虚拟局域网）是在交换机上通过逻辑划分，把一个物理局域网划分成多个广播域。

作用：

• 隔离广播域。
• 按部门、业务或安全策略划分网络。
• 提高管理灵活性。

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flowchart TB
    SW[交换机]
    A[PC1 VLAN 10] --- SW
    B[PC2 VLAN 10] --- SW
    C[PC3 VLAN 20] --- SW
    D[PC4 VLAN 20] --- SW

同一 VLAN 内可以二层通信；不同 VLAN 之间通常需要路由器或三层交换机转发。

# 802.1Q 标签

802.1Q 在以太网帧中插入 4B VLAN 标签：

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目的 MAC | 源 MAC | VLAN Tag | 类型 | 数据 | FCS
  6B    |  6B   |   4B     | 2B  | ... | 4B

VLAN ID 为 12 bit，理论上可表示 4096 个编号。

# 广域网

广域网（WAN, Wide Area Network）覆盖较大地理范围，用于连接远距离网络。

与局域网相比：

# PPP 协议

PPP（Point-to-Point Protocol）是点对点链路上的数据链路层协议，常用于拨号、串行链路、DSL 等场景。

PPP 的特点：

• 面向字节。
• 支持多种网络层协议。
• 提供差错检测。
• 不提供可靠传输。
• 不使用序号和确认机制。
• 支持身份认证，如 PAP、CHAP。

# PPP 帧格式

典型 PPP 帧：

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Flag | Address | Control | Protocol | Information | FCS | Flag
 1B  |   1B    |   1B    |   2B     |    可变     |2/4B | 1B

字段说明：

PPP 使用字节填充或零比特填充处理透明传输，具体取决于链路类型。

# PPP 的三个组成部分

# HDLC 协议

HDLC（High-Level Data Link Control）是高级数据链路控制协议。

特点：

• 面向比特。
• 使用零比特填充法。
• 可用于点对点或点对多点链路。
• 能提供可靠传输。

在 408 考研中，PPP 通常比 HDLC 更常考；HDLC 重点记住 “面向比特” 和 “零比特填充”。

# 本节考点

1. 局域网三要素：拓扑结构、传输介质、介质访问控制。
2. 以太网命名中 BASE 表示基带， T 表示双绞线， F 表示光纤。
3. 以太网 MAC 帧最小 64B，最大 1518B；数据字段 46~1500B。
4. 前导码和 SFD 属于物理层同步信息，不计入 MAC 帧长度。
5. 现代交换式全双工以太网一般不发生冲突，不使用 CSMA/CD。
6. 802.11 使用 CSMA/CA，不使用 CSMA/CD。
7. VLAN 划分广播域，802.1Q 标签为 4B，VID 为 12 bit。
8. PPP 是点对点链路协议，支持 LCP 和 NCP，不提供可靠传输。