前言
参考王道书。
后续会进一步整理，包括添加笔记内容，标明参考资料。
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一、局域网的基本概念和体系结构
局域网概念
局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点：
- 覆盖的地理范围较小（只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内），站点数目有限。
- 使用专门铺设的传输介质（双绞线、同轴电缆）进行连接，数据传输率高（10Mb/s ~ 10Gb/s）。
- 通信时延短，误码率低，可靠性较高。
- 各站为平等关系，共享传输信道。
- 多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播。
决定局域网的主要要素为：
- 网络拓扑结构
- 传输介质
- 介质访问控制方法（最重要，决定技术特性）
局域网拓扑结构
常见局域网拓扑结构主要有以下几类：
- 星型拓扑结构
- 环型拓扑结构
- 总线型拓扑结构
- 树型拓扑结构
- 星型和总线型的复合结构
1. 星型拓扑结构
中心节点是控制中心，任意两个节点阀的通信最多只需两步，传输速度快，并且网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。
但这种网络系统，网络可靠性低，网络共享能力差，有单点故障问题。
2. 总线型拓扑结构（最常用）
网络可靠性高、网络节点间响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响小。
3. 环形拓扑结构
系统中通信设备和线路比较节省。有单点故障问题；由于环路是封闭的，所以不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低
4. 树型拓扑结构
易于拓展，易于隔离故障，也容易有单点故障。
局域网传输介质
- 有线局域网：双绞线、同轴电缆、光纤
- 无线局域网：电磁波
局域网介质访问控制方法
-
CSMA/CD：常用于总线型局域网，也用于树型网络
-
令牌总线：常用于总线型局域网，也用于树型网络
它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。
-
令牌环：用于环形局域网，如令牌环网
局域网的分类
1. 以太网
以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps） 、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000 Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE 802.3系列标准规范。
- 逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型
- 使用 CSMA / CD
- 无连接
- 不可靠：不进行编号、不要求确认
- IEEE 802.3
2. 令牌环网
物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”
3. FDDI网（Fiber Distributed Data Interface）
光纤分布数字接口
- 物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。
- IEEE 802.8
4. ATM网（Asynchronous Transfer Mode）
较新型的单元交换技术，使用53字节固定长度的单元进行交换。
5. 无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）
WLAN 和 Wi-Fi 的区别：Wi-Fi 是 WLAN 的一种应用。
IEEE 802标准
IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定的局域网、城域网技术标准（1980年2月成立）。其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。
| 标准 |
|
| IEEE 802.3 |
以太网介质访问控制协议（CSMA/CD）及物理层技术规范 |
| IEEE 802.5 |
令牌环网（Token-Ring）的介质访问控制协议及物理层技术规范 |
| IEEE 802.8 |
光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询 |
| IEEE 802.11 |
无线局城网（WLAN）的介质访问控制协议及物理层技术规范 |
局域网工作层
IEEE 802标准所描述的局域网参考模型对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路层LLC层和介质访控制MAC子层。
习题：局域网工作层
LLC子层
LLC负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。
LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应当对数据包做何处理。
为网络层提供服务：无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送。
LLC子层的主要功能：
- 建立和释放数据链路层的逻辑连接
- 提供与高层的接口
- 差错控制
- 给帧加序号
由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即802.2 标准）的作用已经不大了。
很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
习题：以太网给帧加序号
MAC子层
MAC子层的主要功能：
- 数据帧的封装/卸装
- 帧的寻址和识别
- 帧的接收与发送
- 链路的管理
- 帧的差错控制等
MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。
MAC子层的主要功能：
习题：以太网给帧加序号
适配器与MAC地址
计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器（又称为网络接口板、网络接口卡NIC，network interface card）的。
现在不再使用单独网卡。
-
适配器（网卡）上装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）
-
ROM上有计算机硬件地址MAC地址（介质访问控制地址）。
-
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。（实际上是标识符）
MAC地址
- 每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家（由IEEE规定），后24位厂家自己指定。
- 常用6个十六进制数表示，如：02-60-8c-e4-b1-21。
可以用MAC地址检查购买的设备是否是正品
适配器检查 MAC 地址
适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.
-
如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。
-
否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。
“发往本站的帧”包括以下三种帧：
-
单播（unicast）帧（一对一）
-
广播（broadcast）帧（一对全体）
-
多播（multicast）帧（一对多）
习题：【MAC地址】
二、以太网
以太网概述
以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox， Intel和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。
以太网使用CSMA/CD技术（对于半双工通信；全双工则不使用CSMA/CD）。
以太网在局域网各种技术中占统治性地位：
- 造价低廉（以太网网卡不到100块）
- 是应用最广泛的局域网技术
- 比令牌环网、ATM网便宜，简单
- 满足网络速率要求：10Mb/s~10Gb/s
习题：以太网使用的协议
以太网两个标准
- DIX Ethernet V2：第一个局域网产品（以太网）规约。
- IEEE 802.3：IEEE 802委员会802.3工作组制定的第一个IEEE的以太网标准。（帧格式有一丢丢改动）
由于DIX Ethernet V2 标准和 IEEE 802.3 标准差别很小，可以认为：802.3局域网 ⇔ 以太网
严格来说，以太网是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。
以太网提供的服务
以太网提供无连接、不可靠的服务
- 无连接：发送方和接收方之间无“握手过程”。
- 不可靠：不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责。
这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。
以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输。
习题：以太网提供的服务
以太网编码
以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码
习题：以太网自同步能力
以太网种类
- 10Mb/s Ethernet（以太网）
- 100Mb/s Ethernet（快速以太网）
- 1000Mb/s（1GMb/s）Ethernet（千兆以太网）
- 10000Mb/s Ethernet（TB级位的以太网）
以太网的通讯访问规范
每一种以太网又根据不同的物理介质，形成多种物理子标准，形成一个IEEE802.3标准系列；但无论哪一种Ethernet，其MAC层均采用“争用型”的介质访问控制协议，即CSMA/CD协议
-
使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行半双工通信（双向交替通信）。
-
每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。
-
这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
以太网争用期
最短有效帧长
如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。
由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。
以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
以太网传输介质与拓扑结构的发展
传输介质
发展：
常用传输介质有4种：
各种传输介质的适用情况
| 参 数 |
10BASE5 |
10BASE2 |
10BASE-T |
10BASE-FL |
| 传输介质 |
粗同轴电缆 |
细同轴电缆 |
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 |
200m |
| 最多结点数目 |
100 |
30 |
2 |
2 |
- BASE 前面的数字代表数据率，单位为Mb/s
- "BASE"指介质上的信号为基带信号（即基带传输，采用曼彻斯特编码）
- 后面的 5 或 2 表示每段电缆的最长长度为500m或200m（实际为185m）
- T表示双绞线
- F表示光纤
习题：【传输介质的最大长度】、【使用双绞线的以太网】、【以太网使用的传输介质】、【100BASE-T使用的传输介质】
拓扑结构
物理拓扑：总线型 → 星型
使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。
集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。
集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。
具有三个接口的集线器：
习题：以太网拓扑结构、以太网使用的传输介质
10BASE-T以太网
10BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网，T 表示采用双绞线，现在 10BASE-T 采用的是无屏蔽双绞线(UTP) ，传输速率是10Mb/s。
- 物理上采用星型拓扑，逻辑上总线型，每段双绞线最长为100m
- 采用曼彻斯特编码。
- 采用CSMA/CD介质访问控制。
以太网MAC帧
最常用MAC帧是以太网V2的格式。
以太网V2的格式：
- 目的地址：6字节
- 源地址：6字节
- 类型：2字节
指明网络层所用协议
- 数据：46-1500字节（MTU：最大传输单元，Maximum Transmission Unit）
为什么是46：以太网使用CSMA/CD协议，要求最短帧长为 64B，64B - 6B - 6B - 2B - 4B = 46B
（拓展）为什么是1500：什么是MTU？为什么MTU值普遍都是1500？
注：
- Q：为什么只有帧开始定界符，没有帧结束定界符？
A：因为以太网使用的编码形式是曼彻斯特编码，每个bit内都会有两个码元，发送数据时就会感受到变化，不发送数据时则电压没有变化，可以识别。
与IEEE 802.3的区别：
- 第三个字段是长度/类型
- 当长度/类型字段值小于0x0600时，数据字段必须装入LLC子层。
无效的MAC帧
对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。
高速以太网
速率 ≥ 100Mb/s 的以太网称为高速以太网。
1. 100BASE-T以太网
-
在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。
-
也称快速以太网
-
通过保持最短帧长不变，减小网络电缆长度来提高数据率
-
支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突（全双工方式下不使用CSMA/CD协议。
无冲突：交换机可以隔离冲突域。
习题：快速以太网提高数据率的方式
2. 吉比特以太网
-
在光纤或双绞线上传送1Gb/s信号。
-
支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突。
-
半双工方式下使用CSMA/CD协议，全双工方式下不使用
-
与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。
1000BASE-T以太网
载波延伸
- 将不足512字节(1720bit)的帧填充至512字节。
分组突发
- 当多个短帧发送时，填充第一个帧，后续的帧保持最小间隔发送，但不填充。
3. 10吉比特以太网
习题：高速以太网工作方式
三、IEEE 802.11无线局域网
IEEE 802.11
IEEE 802.11是无线局域网通用的标准，它是由IEE所定义的无线网络通信的标准。
Q：Wi-Fi 和无线局域网（WLAN）的区别？
A：Wi-Fi是无线局域网下辖的一种标准；无线局域网的覆盖范围比 Wi-Fi 大得多
802.11的MAC帧头格式
WDS（无线分布式系统）帧格式：
- 地址１：接收端（RA）
- 地址２：发送端（TA）
- 地址３：目的地址（DA）
- 地址４：源地址（SA）
例：移动设备（手机）A在基站AP1下，移动设备B在基站AP2下，A向B发送信息，则：
- 地址１：MAC(AP2)
- 地址２：MAC(AP1)
- 地址３：MAC(B)
- 地址４：MAC(A)
四种帧类型：
| 功能 |
To Ds |
From DS |
Address1 (接收端) |
Address2 (发送端) |
Address3 |
Address4 |
| IBSS |
0 |
0 |
DA |
SA |
RA(BSSID) |
未使用 |
| To AP (基础结构型) |
1 |
0 |
RA(BSSID) |
SA |
DA |
未使用 |
| From AP (基础结构型) |
0 |
1 |
DA |
RA(BSSID) |
SA |
未使用 |
| WDS (无线分布式系统) |
1 |
1 |
RA(BSSID) |
TA |
DA |
SA |
习题：【帧头部格式】
无线局域网的分类
- 有固定基础设施无线局域网
- 无固定基础设施无线局域网的自组织网络
1. 有固定基础设施无线局域网
服务集标识符
2. 无固定基础设施无线局域网的自组织网络
习题
1、以太网的MAC协议提供的是（ ）。
A. 无连接的不可靠服务 B. 无连接的可靠服务
C. 有连接的可靠服务 D. 有连接的不可靠服务
知识点：【以太网提供的服务】
答案：A
解析：
考虑到局域网信道质量好,以太网采取了两项重要的措施来使通信更简单：①采用无连接的工作方式；②不对发送的数据帧进行编号，也不要求对方发回确认。因此，以太网提供的服务是不可靠的服务，即尽最大努力的交付。差错的纠正由高层完成。
无连接、无编号、无确认、不可靠
2、以下关于以太网的说法中，正确的是（ ）。
A. 以太网的物理拓扑是总线形结构
B. 以太网提供有确认的无连接服务
C. 以太网参考模型一般只包括物理层和数据链路层
D. 以太网必须使用CSMA/CD协议
知识点：【以太网拓扑结构】、【以太网提供的服务】、【局域网工作层】、【以太网使用的协议】
答案：C
解析：
A：以太网的逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形或拓展星形结构，A错误。
B：以太网 无连接、无编号、无确认、不可靠，B错误。
C：局域网仅工作在 OSI 的物理层和数据链路层；广域网工作在OSI的下三层；以太网是局域网的一种实现形式，C正确。
D：只有当以太网工作于半双工方式下时，才需要 CSMA/CD 协议来应对冲突问题。速率小于等于 1Gb/s 的以太网可以工作于半双工或全双工方式，而速率大于等于 10Gb/s 的以太网只能工作于全双工方式下，因此没有争用问题，不使用 CSMA/CD 协议，D错误。
3、下列以太网中，采用双绞线作为传输介质的是（ ）。
A.10BASE-2 B.10BASE-5
C.10BASE-T D.10BASE-F
知识点：【以太网常用传输介质】
答案：C
解析：
BASE 前面的数字代表数据率，单位为Mb/s；
"BASE"指介质上的信号为基带信号（即基带传输，采用曼彻斯特编码）；
后面的 5 或 2 表示每段电缆的最长长度为500m或200m（实际为185m）；
T表示双绞线；
F表示光纤。
4、如果使用5类UTP来设计一个覆盖范围为200m的10BASE-T以太网，那么需要采用的设备是（ ）。
A.放大器 B. 中继器 C. 网桥 D.路由器
知识点：【以太网常用传输介质】、【中继器 / 放大器】
答案：B
解析：
5类无屏蔽双绞线（UTP）所能支持的最大长度是100m，因此若要覆盖范围为200m的以太网，则必须延长UTP所支持的长度。大多数以太网采用基带传输。
放大器是用来加强宽带信号（用于传输模拟信号）的设备；
中继器是用来加强基带信号（用于传输数字信号）的设备。
5、每个以太网卡都有自己的时钟，每个网卡在互相通信时为了知道什么时候一位结束、下一位开始，即具有同样的频率，它们采用了（ ）。
A. 量化机制 B. 曼彻斯特机制
C. 奇偶校验机制 D. 定时令牌机制
知识点：【以太网编码】、【曼彻斯特编码】
答案：B
解析：
以太网使用曼彻斯特编码。曼彻斯特编码提取每个比特中间的电平跳变作为收发双方的同步信号，无须额外的同步信号，因此是一种"自含时钟编码"的编码方式。
6、以下关于以太网地址的描述，错误的是（ ）。
A. 以太网地址就是通常所说的MAC地址
B. MAC地址又称局域网硬件地址
C. MAC地址是通过域名解析查得的
D. 以太网地址通常存储在网卡中
知识点：【适配器与MAC地址】
答案：C
解析：
域名解析用于把主机名解析成对应的IP地址，它不涉及MAC地址。
实际上，MAC地址通常是通过ARP协议查得的。
7、同一局域网中的两个设备具有相同的静态MAC地址时，会发生（ ）。
A. 首次引导的设备排他地使用该地址，第二个设备不能通信
B. 最后引导的设备排他地使用该地址，另一个设备不能通信
C. 在网络上的这两个设备都不能正确通信
D. 两个设备都可以通信，因为它们可以读分组的整个内容，知道哪些分组是发给它们的，而不是发给其他站的
答案：C
解析：
使用静态地址的系统中，如果有重复的硬件地址，那么这两个设备都不能正常通信。原因是：
1) 目的MAC地址等于本机MAC地址的帧是不会被发送到网络上去的；
2) 其他设备的用户发送给一个设备的帧也会被另一个设备接收，其中必有一个设备必须处理不属于本设备的帧，浪费了资源；
3) 第三，正确实现的ARP软件都会禁止把同一个MAC地址绑定到两个不同的IP地址，这就使得具有相同MAC地址的设备上的用户在会话时都发生时断时续的现象。
8、IEEE 802.3标准规定，若采用同轴电缆作为传输介质，在无中继的情况下，传输介质的最大长度不能超过（ ）。
A. 500m B. 200m C. 100m D. 50m
知识点：【以太网常用传输介质】
答案：A
解析：
以太网常用的传输介质有4种：粗缆、细缆、双绞线和光纤。同轴电缆分 50Ω基带电缆和75Ω宽带电缆两类。基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。
10Base5：粗缆以太网，数据率为10Mb/s，每段电缆最大长度为500m；使用特殊的收发器连接到电缆上，收发器完成载波监听和冲突检测的功能。
10Base2：细缆以太网，数据率为10Mb/s，每段电缆最大长度为185m；使用BNC连接器形成T形连接，无源部件。
9、下面4种以太网中，只能工作在全双工模式下的是（ ）。
A. 10BASE-T以太网 B. 100BASE-T以太网
C. 吉比特以太网 D. 10吉比特以太网
知识点：【10吉比特以太网】
答案：D
解析：
只有10吉比特以太网只工作在全双工方式下，因此没有争用问题，也不使用CSMA/CD协议；且它只使用光纤作为传输介质。
10、802.3标准定义的以太网中，实现"给帧加序号"功能的层次是（ ）。
A. 物理层 B. 介质访问控制子层（MAC）
C. 逻辑链路控制子层（LLC） D. 网络层
知识点：【LLC子层】、【MAC子层】
答案：C
解析：
A：物理层的主要功能是：信号的编码和译码、比特的接收和传输；
B：MAC子层的主要功能是：组帧和拆帧、比特差错检测、寻址、竞争处理；
C：LLC子层的主要功能是：建立和释放数据链路层的逻辑连接、提供与高层的接口、差错控制、给帧加序号。
D：以太网没有网络层。
11、快速以太网仍然使用CSMA/CD协议，它采用（ ）而将最大电缆长度减少到100m的方法，使以太网的数据传输率提高至100Mb/s。
A. 改变最短帧长 B. 改变最长帧长
C. 保持最短帧长不变 D. 保持最长帧长不变
知识点：【快速以太网】
答案：C
解析：
快速以太网使用的方法是保持最短帧长不变，将一个网段的最大长度减少到100m，以提高以太网的数据传输率。
12、无线局域网不使用CSMA/CD而使用CSMA/CA的原因是，无线局域网（ ）。
A. 不能同时收发，无法在发送时接收信号
B. 不需要在发送过程中进行冲突检测
C. 无线信号的广播特性，使得不会出现冲突
D. 覆盖范围很小，不进行冲突检测不影响正确性
答案：B
解析：
无线局域网不能简单地使用CSMA/CD协议，特别是碰撞检测部分，原因如下：
1) 在无线局域网的适配器上，接收信号的强度往往远小于发送信号的强度，因此若要实现碰撞检测，那么硬件上的花费就会过大；
2) 在无线局域网中，并非所有站点都能听见对方，由此引发了隐蔽站和暴露站问题，而"所有站点都能够听见对方"正是实现CSMA/CD协议必备的基础。
并不理解。。。
13、在下图所示的网络中，若主机H发送一个封装访问 Internet 的IP分组的 IEEE802.11数据帧 F，则帧 F 的地址1、地址2和地址3分别是（ ）。
A. 00-12-34-56-78-9a，00-12-34-56-78-9b，00-12-34-56-78-9c
B. 00-12-34-56-78-9b，00-12-34-56-78-9a，00-12-34-56-78-9c
C. 00-12-34-56-78-9b，00-12-34-56-78-9c，00-12-34-56-78-9a
D. 00-12-34-56-78-9a，00-12-34-56-78-9c，00-12-34-56-78-9b
知识点：【802.11的MAC帧头格式】
答案：B
解析：
IEEE 802.11数据帧有4种子类型，分别是IBSS、From AP、To AP和WDS。这里的数据帧F从笔记本电脑发送到接入点（AP），属于To AP子类型：帧地址1是RA（BSSID），地址2是SA，地址3是DA。
RA是Receiver Address 的缩写
BSSID是 Basic Aervice Set IDentifier 的缩写
SA是 Source Address 的缩写
DA是 Destination Address 的缩写。
因此地址1是AP的MAC，地址2是H的MAC，地址3是R的MAC，选B。
14、在一个以太网中，有A、B、C、D四台主机，若A向B发送数据,则（ ）。
A. 只有B可以接收到数据
B. 四台主机都能接收到数据
C. 只有B、C、D可以接收到数据
D. 四台主机都不能接收到数据
答案：B
解析：
在以太网中，如果一个结点要发送数据，那么它将以"广播"方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有结点（包括发送结点）都能"收听"到发送结点发送的数据信号。
15、100BASE-T快速以太网使用的导向传输介质是（ ）。
A. 双绞线 B. 单模光纤
C. 多模光纤 D. 同轴电缆
知识点：【以太网传输介质】
答案：B
解析：
在以太网中，如果一个结点要发送数据，那么它将以"广播"方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有结点（包括发送结点）都能"收听"到发送结点发送的数据信号。
