【深入理解计算机网路07】详解局域网：以太网、VLAN与无线局域网
目录
局域网的基本概念与体系结构
有线局域网
令牌环网（Token Ring）
以太网（Ethernet）
同轴电缆以太网
双绞线以太网
光纤以太网
无线局域网
WiFi/802.11
网络适配器
以太网与IEEE 802.3
物理层标准
介质访问控制子层标准
单播帧、广播帧的传播
VLAN（虚拟局域网）
无线局域网
802.11无线局域网的基本概念
帧的分类
局域网的基本概念与体系结构
- 覆盖较小的地理范围
- 较低的时延和误码率
- 局域网内各节点以帧为单位进行传输
- 支持单播（一对一发送帧）、广播（一对全部发送帧）、多播（一对部分发送帧）
有线局域网
令牌环网（Token Ring）
- 令牌环网的结构为环形拓扑，指所有节点（如电脑、服务器）通过传输介质（电缆）首尾相连，形成一个闭合的 “环形” 数据通路。
- 令牌环网的早期和后期版本，分别使用不同的传输介质。早期令牌环网的介质为同轴电缆，后期为双绞线
- 令牌传递协议是令牌环网的核心介质访问控制（MAC）协议，目的是解决多节点同时发数据导致的冲突
以太网（Ethernet）
同轴电缆以太网
- 结构为总线型
- 传输介质为同轴电缆
- 介质访问控制协议为CSMA/CD协议
双绞线以太网
- 物理结构为星型，逻辑结构为总线型
- 传输介质为双绞线（早期用集线器连接，之后逐步转向交换器链接）
- 介质访问控制协议为CSMA/CD协议（集线器连接或半双工模式下的交换器连接），NULL（全双工模式下的交换器连接）
光纤以太网
- 结构为点对点，用于中继器/集线器/交换机之间的传输
- 传输介质为光纤
- 介质访问控制协议为NULL（用两条光纤实现全双工通信）
无线局域网
WiFi/802.11
- 拓扑结构为星型
- 无线
- 介质访问控制协议为CSMA/CA
网络适配器
- 负责把帧发送到局域网。注：关于 “将 IP 数据报（IP 分组）封装成帧”，有些系统由主机实现，有些系统由网络适配器负责。
- 负责从局域网接收帧。如果收到正确帧，就用 “中断” 通知 CPU；如果收到异常帧，就直接丢弃
- 需要根据接入的局域网类型，按照标准实现数据链路层 + 物理层功能
- 需要完成数据的串 / 并行转换
- 需要支持帧缓冲
以太网与IEEE 802.3
物理层标准
各种传输介质的适用情况
| 标准名称 | 10BASE5 | 10BASE2 | 10BASE - T | 10BASE - F |
| 传输媒体 | 同轴电缆（粗缆） | 同轴电缆（细缆） | 非屏蔽双绞线 | 光纤对（850nm） |
| 编码 | 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 | 总线形 | 总线形 | 星形 | 点对点 |
| 最大段长 | 500m | 185m | 100m | 2000m |
| 最多结点数目 | 100 | 30 | 2 | 2 |
高速以太网：速率 > 100Mbps 几种高速以太网技术
| 标准名称 | 100Base - T 以太网 | 吉比特以太网 | 10 吉比特以太网 |
| 传输速率 | 100Mb/s | 1Gb/s | 10Gb/s |
| 传输介质 | 双绞线 | 双绞线或光纤 | 双绞线或光纤 |
| 通信方式 | 支持半双工和全双工方式 | 支持半双工和全双工方式 | 只有全双工方式 |
| 介质访问控制协议 | 半双工方式下使用 CSMA/CD 协议 | 半双工方式下使用 CSMA/CD 协议 | 无 |
介质访问控制子层标准
- DIX Ethernet V2标准
- IEEE 802.3标准
单播帧、广播帧的传播
因为路由器、交换机中实现了数据链路层，拥有MAC地址，可以做到点对点传输，也可以进行广播传输。
集线器只实现了物理层功能，因此帧传输到集线器，集线器会广播到其连接的所有节点。
VLAN（虚拟局域网）
传统物理 LAN 中，所有设备处于同一个广播域和冲突域（或通过交换机虽隔离冲突域，但仍共享广播域），意味着：
- 任何设备发送的广播包（如 ARP 请求、DHCP 发现）会被所有设备接收，不仅浪费带宽，更暴露了网络结构；
- 若某台设备被入侵（如感染病毒、被植入木马），攻击者可通过 “横向渗透” 访问同一 LAN 内的所有设备（如服务器、打印机、其他终端），风险无边界扩散。
而 VLAN 通过逻辑隔离广播域，从根本上解决了这一问题。
- 将大型局域网分割为若干个较小的VLAN，每个VLAN是一个广播域
- 每个VLAN对应一个VID
VLAN划分方式：
- 基于接口
- 基于MAC地址
- 基于IP地址。需要网络层支持，让多个局域网的主机组成一个VLAN，跨越路由器
帧的传输：
- 主机与交换机之间传输 标准以太网帧
- 交换机与交换机之间传输 802.1Q 帧
-
- 交换机会在 标准以太网帧 中插入四个字节，包含当前广播帧发送方的VID。到达另一个交换机时会解析出VID，然后广播
帧的结构：
无线局域网
802.11无线局域网的基本概念
- 802.11无线局域网是星型拓扑，中心为接入点（AP），又称无线接入点（WAP）
- 基本服务集（BSS）：一个基站（AP） + 多个移动站
-
- 服务集标识SSID：无线局域网的名字，长度不超过32字节
- 基本服务区BSA：一个基本服务集能够覆盖的地理范围
- 门户（Portal）：将不同的协议转换，使两类局域网连接变成一个更大的局域网（例如将802.11无线局域网接入802.3有线以太网）
- 扩展服务集ESS：将多个AP连接到同一个分配系统，组成一个更大的服务集
- 漫游：一个移动站从一个基本服务器切换到另一个基本服务集仍然可以保持通信
帧的分类
- 数据帧
- 控制帧：如ACK、RTS、CTS帧
- 管理帧：如探测请求/探测相应帧