局域网和广域网
局域网
局域网（Local Area Network，LAN）是一种覆盖范围较小、用于连接同一物理地点（如家庭、办公室、学校或企业内）的计算机和其他设备的计算机网络。
特性
局域网的特性主要由三个要素决定：拓扑结构、传输介质 和 介质访问控制方式，其中介质访问控制方式是最关键的因素，它决定了局域网的主要技术特性。
常见的局域网 拓扑结构 主要包括以下四类：
- 星形结构
- 环形结构
- 总线形结构
- 星形与总线形结合的复合型结构
在 传输介质 方面，局域网可以采用铜缆、双绞线和光纤等多种介质，其中双绞线是当前的主流传输介质。
局域网常用的 介质访问控制方法 包括 CSMA/CD 协议、令牌总线协议和令牌环协议。 其中，CSMA/CD 协议和令牌总线协议主要应用于总线形局域网，而令牌环协议则主要用于环形局域网。
实现
局域网主要包含三种实现：
- 以太网（目前使用范围最广）。逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形结构。
- 令牌环（Token Ring，IEEE802.5）。逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构。
- FDDI（光纤分布数字接口，IEE802.8）。逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构。
以太网
在实际的局域网应用中，由于以太网占据垄断地位，所以基本上成为了局域网的代名词， 需要对局域网的概念有深入了解。
传输介质
以太网常用的传输介质有 4 种：粗缆、细缆、双绞线和光纤，这里需要熟练掌握它们的英文名， 常在选择题中出现：
| 参数 | 10BASE5 | 10BASE2 | 10BASE-T | 10BASE-FL |
|---|---|---|---|---|
| 传输媒体 | 粗缆 | 细缆 | 双绞线 | 光纤对 |
| 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 |
| 网络适配器 | 早期以太网 | 早期以太网 | 现代以太网 | 现代以太网 |
注意上述传输介质的英文名称其实是挺有讲究的：
首先是前缀的数字，代表的是传输介质的速率，10 代表 10 Mbps，100 代表 100 Mbps，注意这里是 Mbps 而不是 MB/s。
其次是中间的 base 一次，代表基带传输（Baseband），基带与宽带（broadband）相对应。基带表示直接传输原始数字信号，不调制；宽带代表使用模拟调制技术传输多个频道信号，常见于有线电视等。
最后是后缀的英文字母，代表的传输介质的类型：
帧格式
如上图所示，以太网帧格式从逻辑上可以分为物理层控制字段、帧首部、数据负载、差错校验字段这四个部分，每个字段的具体说明如下所示：
- 物理层控制字段
- 前导码（Preamble）：7B
- 由 7 字节的交替的 1 和 0 位组成，用于同步接收方的时钟。
- 帧开始分隔符（Start of Frame Delimiter, SFD）：1B
- 通常为 10101011，标志帧的开始。
- 前导码（Preamble）：7B
- 帧首部： 固定为 14B
- 目的地址（Destination MAC Address）：6B
- 指定帧的接收者的物理 MAC 地址。
- 源地址（Source MAC Address）：6B
- 指定帧发送者的物理 MAC 地址。
- 类型/长度字段（Type/Length）：2B
- 如果值大于或等于 0x0600（1536），则表示帧携带的数据的类型（例如 IPv4、IPv6、ARP 等）。
- 如果值小于或等于 0x05DC（1500），则表示数据字段的长度。
- 目的地址（Destination MAC Address）：6B
- 负载
- 数据和填充（Data and Padding）： 范围为 46-1500B
- 携带帧的有效载荷，即要传输的数据。
- 如果数据少于 46 字节，则需要填充，确保数据字段的最小长度为 46 字节。
- 数据和填充（Data and Padding）： 范围为 46-1500B
- 差错校验字段
- 帧校验序列（Frame Check Sequence, FCS）：4 字节：
- 一个循环冗余校验（CRC）值，用于错误检测。接收方计算帧的 CRC，并与这个字段进行比较，以确定帧是否在传输过程中被损坏。
- 帧校验序列（Frame Check Sequence, FCS）：4 字节：
注意
为什么 前导码 和 帧开始定界符 不包括在以太网帧的最小和最大大小计算中？
需要注意的是，Preamble 和 SFD 确实是以太网标准规定的格式的一部分，但它们属于 物理层 的内容，而非 数据链路层 中的以太网帧内容。
以太网分为 物理层 和 数据链路层。物理层负责比特级的传输和同步，而数据链路层负责处理数据的封装、地址标识和错误检测。
以太网帧的最大和最小大小为多少？
以太网帧的最小和最大大小（不包括前导码和帧开始定界符）有明确的规定，目的是确保帧的有效性并避免冲突。
其中最小大小为 64B，最大大小为 1518B。 最小帧大小的要求是为了确保冲突检测机制（如 CSMA/CD）能够正常工作。 最大帧大小也称为 标准帧 或 最大传输单元（MTU），它限制了每个帧可以承载的数据量，以确保设备处理负载不会过大。
以太网帧数据部分的最小大小为 46B，最大大小为 1500B。
以太网快速填充： 当 IP 数据包的大小 小于 46 时（以太网设备会读取 IP 的首部的长度字段以得知），以太网设备会自动在其末尾填充 0，是其大小为 46 字节。
无线局域网
帧格式
802.11 帧共有三种类型，即数据帧、控制帧和管理帧。数据帧的格式如图 3.28 所示。
802.11 数据帧由以下三部分组成：
- MAC 首部，共 30 字节。帧的复杂性都在 MAC 首部。
- 帧主体，即帧的数据部分，不超过 2312 字节。
- 帧检验序列 FCS 是 MAC 尾部，共 4 字节。
可以观察到，802.11 帧首部中字段很多，但是其实主要考察的就是个别字段。
其中最重要的是 4 个地址字段（都是 MAC 地址）。这里仅讨论前三个地址（地址 4 用于自组网络）。 这三个地址的内容取决于帧控制字段中的 “去往 AP” 和 “来自 AP” 这两个字段的数值，如下表所示：
| 去往 AP | 来自 AP | 地址 1 | 地址 2 | 地址 3 | 地址 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 接收地址 = 目的地址 | 发送地址 = AP 地址 | 源地址 | —— |
| 1 | 0 | 接收地址 = AP 地址 | 发送地址 = 源地址 | 目的地址 | —— |
💡核心记忆点：
- 地址 1：谁接收这帧（无线信号的接收者）
- 地址 2：谁发的这帧（无线信号的发送者）
- 地址 3：通信的最终目标或源（真实的目的地或来源）
VLAN
VLAN（Virtual Local Area Network）虚拟局域网，是通过逻辑划分的方式，把一个物理局域网拆分成多个独立的子网。
打个比方：一家公司只有一个办公室（一个交换机），但希望让财务部、技术部和人事部各自的数据隔离，互不干扰。VLAN 就像是在这一个办公室里，用“看不见的墙”把它们隔开，互相听不到对方说话。
⚙️ 那么 VLAN 是如何实现的呢？
VLAN 是通过 交换机 和 VLAN 标签（Tag） 实现的。简单来说：
- 普通交换机：看网线在哪个口（port）来转发数据。
- 支持 VLAN 的交换机：会在数据包中加上 VLAN 标签，按“部门”来转发。
802.3c 标准定义了支持 VLAN 的以太网帧格式的扩展。它在以太网帧中插入一个 4 字节的 标识符（插在源地址字段和类型字段之间），称为 VLAN 标签，用来指明发送该帧的计算机属于 哪个虚拟局域网。插入 VLAN 标签的帧称为 802.1Q 帧，如下图所示。
其中 VID（VLAN ID）为 12 位，一个 VLAN 交换机最多支持 4096 个 VLAN。
📦 VLAN 示例： 假设有三台电脑：
- PC1：财务部，接在 VLAN 10
- PC2：技术部，接在 VLAN 20
- PC3：人事部，接在 VLAN 30
它们都连在一台交换机上，如果没有 VLAN，三者可以互相通信。如果配置了 VLAN：
- PC1 发的广播，只有 VLAN 10 内的设备能收到。
- PC2 和 PC3 不会收到 PC1 的数据，除非通过路由器（或者三层交换机）跨 VLAN 通信。
广域网
PPP 协议
PPP（Point-to-Point Protocol）是一种数据链路层协议，用于在两个点对点连接的网络之间传输数据。PPP 最初是为拨号连接设计的，但它后来被广泛用于建立各种类型的点对点连接，包括 DSL（数字用户线路）、ISDN（综合业务数字网）和串口连接等。