（四）局域网和广域网
1. 概念和体系结构
1.1. 基本概念
局域网的特点：为一个单位（通常是家庭）所拥有，地理范围和站点数目有限；
优点
广播功能：各主机可共享局域网上的硬件和软件资源；
便于扩展：各设备的位置可灵活调整，增删设备也较容易；
1.2. 以太网 & IEEE 802.3
第一个局域网规约：DIX Ethernet V2（民间）；
IEEE 802.3：官方的局域网规约标准，和 DIX Ethernet 差别很小；
严格来说，以太网应该是符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网；
1.3. 硬件地址（MAC 地址）
硬件地址，又称物理地址，或 MAC 地址；
大小：6 字节 - 48bit；
MAC 地址是设备的标识符，每个网卡的 MAC 地址在出厂时就确定，并不会再改变；
IEEE 的注册管理机构 RA 向生产厂家分配 MAC 地址的高 24 位；
低 24 位由厂家自行确定，必须保证生产出的产品 MAC 地址不重复；
单站地址、组地址、广播地址
IEEE 规定，MAC 地址首字节的最后一位为 I/G 位（Individual/Group）；
单站地址：I/G 位为 0；
组（播）地址：I/G 位为 1，此时 IEEE 只分配 MAC 前 23 位；
广播地址：MAC 地址所有位全部为 1，只能作为目的地址使用；
全球 / 本地管理
规定，MAC 地址首字节倒数第二位为 G/L (Global/Local) 位；
G/L = 0 时，表示全球管理，IEEE 保证全球没有重复地址；
G/L = 1 时，表示本地管理，用户可以任意分配（如：随机 MAC）；
1.4. 以太网 MAC 帧格式
上为 DIX Ethernet V2，下为 802.3 格式（较少用）；
类型码：2 字节，表示数据部分的类型，有两种：IP 数据和 ARP 数据；
FCS：校验码，4 字节，一般是 CRC 校验；
额外开销：帧头 14B + 帧尾 4B = 18B；
无效的 MAC 帧情况：
数据字段的长度和长度字段值不一致；
数据字段长度不在 46~1500 之间；
有效的 MAC 帧长度在 64~1518 之间；
实例分析（Ethernet V2 格式）
1.5. 高速以太网（100BASE-T 标准以太网）
速率
100 Mbps 的以太网称为高速以太网，或快速以太网； 100BASE-T：BASE 表示基带信号编码，T 表示用双绞线传输；
MAC 帧格式为 802.3 标准，每个网段电缆最大长度为 100m，帧间隔为 0.96us；
不同的物理层标准（三种）
100BASE-TX：2 对 UTP5 类线或屏蔽双绞线 STP；
100BASE-FX：2 对光纤；
100BASE-T4：4对 UTP3 类线或 UTP5 类线；
GBit 吉比特以太网
1000BASE-X：基于光纤通道物理层
1000BASE-SX：短波长；
1000BASE-LX：长波长；
1000BASE-CX：铜线；
1000BASE-T：使用 4 对 UTP5 类线；
10 GBit 以太网
保留了 802.3 规定的最小和最大帧长，便于升级；
只工作在全双工模式，因此没有争用问题，不适用 CSMA/CD 协议；
1.6. IEEE 802.11
物理层
- 802.11 ax：即 WIFI6 标准；，前面几代分别是 WIFI1~WIFI5；
2. VLAN 基本概念与原理
2.1. 虚拟局域网 VLAN
由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求；
每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个 VLAN；
VLAN 只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
利用以太网交换机，可以方便实现 VLAN；
2.2. 实例分析
引入 VLAN 前：C1 发送广播数据将被所有主机收到，广播域为全体主机；
每台交换机按端口划分 VLAN，形成 3 个 VLAN 如图；
划分 VLAN 后，交换机不会将一个 VLAN 的数据转发到另一个 VLAN 的端口，广播域缩小；
VLAN 帧格式（802.3 ac 标准）
VLAN 帧通常称为 802.1Q 帧或带标记的以太网帧；
最大帧长由 1518 变为 1522；
3. 广域网
3.1. 基本概念
- 通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，连接多个城市或国家或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成的国际性的远程网络；
3.2. PPP 协议
点对点协议（Point to Point Protocol）：全世界使用最多的数据链路层协议
PPPoE：即 PPP on Ethernet，运行在以太网上的 PPP 协议；
三个组成部分（了解）
将 IP 数据报封装到串行链路的方法；
链路控制协议 LCP；
网络控制协议 NCP；
PPP 帧格式（了解）
标志字段 F = 0x7E；
地址字段 A = 0xFF，无实际作用；
控制字段 C 通常设置为 0x03；
协议字段：2 个字节
0x0021：表示是 IP 数据报；
0xC021：是链路控制数据；
0x8021：网络控制数据；
面向字节，所有帧长度都是整数字节；
PPP 协议不使用序号和确认机制
在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的 PPP 协议较为合理；
数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的；
帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受；