第 4 章 局域网技术¶
大纲定位：张海霞主编《计算机网络技术》（机械工业出版社，2016 年版），课程代码 02141 配套自学考试大纲。按该版知识范围复习，不代表现行考试公告或当前产品指南；讲解、算例与练习由项目独立编写。
复习导航¶
| 大纲条目索引 | 层次 | 讲解 | 自编练习 |
|---|---|---|---|
| 1 局域网技术的基本概念 | 识记 | 第 1 节 | 1 |
| 2 以太网的基本原理 | 领会 | 第 2 节、第 3 节 | 1、2、4 |
| 3 以太网的扩展 | 简单应用 | 第 4 节 | 3、4 |
| 4 虚拟局域网 | 综合应用 | 第 5 节、第 6 节 | 5、6 |
| 5 无线局域网 | 领会 | 第 7 节 | 7 |
1 局域网层次与 IEEE 802¶
局域网围绕局部范围的数据通信和资源共享发展，早期方案包括环网、令牌总线和以太网。IEEE 802 为多种局域网技术制定相应标准；本课程把 802.3 与以太网、802.11 与无线局域网联系起来，不把整个 802 系列当成一种接入方法。
IEEE 802 的层次模型把数据链路层分为 LLC 与 MAC。LLC 侧重与具体介质接入无关的逻辑服务，MAC 处理成帧、地址和介质访问等相关工作。分层模型便于比较技术，但不意味着所有以太网产品在实际通信中都必须使用同一套 LLC 封装。
2 共享以太网与 CSMA/CD¶
载波监听与冲突检测用于协调共享介质访问。传统共享介质以太网让多个站点使用同一信道。CSMA/CD 先监听，空闲时尝试发送，发送过程中继续检测；检出冲突便停止相应发送并按退避规则等待后重试。监听空闲不等于远处没有刚发出的信号，因为信号到达需要传播时间。
可以把冲突想成两个相距较远的站点各自都暂未听见对方：它们都认为可发，随后信号在介质上相遇。因此不能把载波监听解释为绝对排除冲突。这里讨论的是教材的共享介质模型；书中交换式以太网允许不同端口上的多对主机通信，不应把共享总线上的竞争过程套给所有链路。
3 MAC 地址、帧与产品标识¶
以太网硬件地址即 MAC 地址，本书采用 48 位表示，常写成六组十六进制字节。地址用于链路上的帧交付，与 IP 地址的网络前缀功能不同。交换设备读取目的地址作转发判断，同时可利用源地址学习位置。
本书以太网 MAC 帧由目的地址、源地址、类型、数据及 FCS 等部分组成；目的和源地址各 6 B，类型 2 B，FCS 4 B，数据部分在规定范围内并可能包含填充。读长度题要先声明是否计前导部分、是否带 VLAN 标记，不能混用不同边界。FCS 用于检测帧差错，不是应用层收件确认。
教材列出的产品从粗缆 10Base-5、细缆 10Base-2、双绞线 10Base-T，到 100Base-T、千兆和万兆以太网，体现介质、拓扑与速率的变化。名称相近不代表线缆、接口、距离与接入机制完全相同；比较时逐项查看技术条件。
4 中继、集线与交换学习¶
中继器和集线器在物理层处理信号，不依据目的 MAC 选择单一转发端口。网桥在链路层读取帧并查转发表，以太网交换机可理解为多端口网桥；想减少不必要的帧传播时，不能把集线器与交换机当成等价扩展设备。
交换机收到帧后先用源地址学习“该主机可从哪个端口到达”，再用目的地址查表：已知目的在另一端口时定向转发；目的在入端口所接网段时过滤；未知目的时在相应范围向入端口以外的端口泛洪。学习看源地址，转发看目的地址，两步不可颠倒。
自编过程：初始表为空，A 从端口 2 发给 B，交换机先记 A→2，再向其他合适端口泛洪；B 从端口 4 回复 A 时记 B→4，再向端口 2 转发。直通交换与存储转发的区别在于是否等待并检查完整帧，不能仅用外观判断。
5 VLAN 成员、标记与中继¶
VLAN 用逻辑方式划分局域网广播范围，使分组组织不必完全随物理楼层变化。可以按端口、MAC 地址，或上层协议类型与地址划分。基于端口的成员关系随端口配置确定；按 MAC 的方式则把成员身份与设备地址关联，用户移动时需要关注不同的维护对象。
802.1Q 在源 MAC 后、原类型字段前插入 4 B 标记，标记类型为 0x8100，后续部分包括优先级及 12 位 VID 等。不能把 VLAN 标记理解成重新分配的 IP 地址。Access 端口在本章基本模型中归属一个 VLAN；Trunk 跨交换机承载多个被允许的 VLAN，以标记等机制保持逻辑区分。
两台交换机都创建了 VLAN，并不说明跨交换机已经连通：端口成员、互联链路模式和许可列表还要一致。不同 VLAN 的通信还需要相应三层转发，不能仅因同插一台交换机就判定属于同一广播范围。
6 按任务核对 VLAN 配置¶
以下按教材 Cisco 命令语境设计一个新的练习配置：VLAN 20 用于资料组，端口 FastEthernet 0/3 加入该组；FastEthernet 0/24 作为中继，仅允许 VLAN 20、30。命令用于读懂配置顺序和作用，具体设备接口名及支持范围要以其环境为准。
enable
configure terminal
vlan 20
exit
vlan 30
exit
interface FastEthernet 0/3
switchport access vlan 20
exit
interface FastEthernet 0/24
switchport mode trunk
switchport trunk allowed vlan 20,30
end
show vlan
创建 VLAN、设置端口成员和设置中继许可列表是三件事，完成一件不代替其他两件。删除 VLAN 使用 no vlan vlan-id；从中继许可列表移除某 VLAN 则是 switchport trunk allowed vlan remove vlan-id，不能把两者当成相同操作。核对配置时同时画出业务终端、Access 和 Trunk 的对应关系，不只查某条命令是否输入。
7 无线局域网与 CSMA/CA¶
有基础设施的 WLAN 由移动站连接接入点 AP，基本服务集 BSS 可经分配系统连接其他 BSS，构成 ESS。SSID 用于标识相应服务集；识别到 SSID 与已获准接入是不同问题。无基础设施的 Ad Hoc 网络没有同样的固定 AP，各移动站可参与临时组网与转发。
802.11 的 CSMA/CA 侧重尽量避免冲突：在本书模型中结合确认、虚拟载波监听和随机退避。无线站点不易像共享有线介质那样可靠检测发送期间的冲突，还可能出现本地监听与接收方环境不一致，因此不能把 CA 翻译成“已经保证不会碰撞”。未按时收到所需确认仍可能需要重发。
自编练习¶
1. 把 LLC、MAC、802.3 与 802.11 放进一张说明表时，哪些属于层次，哪些属于标准联系？为何不能说“所有 IEEE 802 都使用同一种介质访问方法”？
考点：第 1、2 节；层次：识记、领会。
答案与解析
参考答案： LLC 与 MAC 是数据链路层的子层；802.3 联系以太网，802.11 联系无线局域网。不同局域网技术可以在 MAC 和物理层采用不同方案；CSMA/CD 与 CSMA/CA 的处理对象和机制也不同。
2. 共享信道两端的站点同时认为介质空闲并开始发送，是否说明载波监听没有执行？检测到冲突后应怎样理解退避的作用？
考点：第 2、3 节；层次：领会。
答案与解析
参考答案： 不一定。信号传播有延迟，监听时远端信号可能尚未到达；继续检测才可能发现冲突。退避让竞争站点错开重试，降低再次冲突机会，不是对每次发送都成功的保证，MAC 帧的检错也不能替代这种访问协调。
3. 交换机仅有端口 1、2、3、4，均在同一 VLAN，初始表为空。A 从 2 发给 B，B 从 4 回复 A，随后 A 再发给 B。忽略老化与其他流量，逐步列出学习和出端口。
考点：第 4 节；层次：简单应用。
答案与解析
参考答案： 第一帧学习 A→2，向 1、3、4 泛洪；第二帧学习 B→4，查 A 后只从 2 转发；第三帧查 B 后只从 4 转发。学习来自源地址和入端口，不是从未知目的猜出位置。
4. 需要把远端支线接入并减少无关帧传播，有人认为增加集线器即可获得交换机的定向转发效果。指出设备层次和依据的差别。
考点：第 3、4 节；层次：领会、简单应用。
答案与解析
参考答案： 集线器在物理层扩展信号，不按 MAC 表选择出口；网桥和交换机在链路层依据目的地址查表，可过滤或定向转发帧。选择设备应看所需功能，不能把接口数量多理解成具备地址学习。
5. 资料组在两台交换机上均为 VLAN 20，但互联 Trunk 只允许 VLAN 30。两组内同交换机通信正常、跨交换机失败。应首先核对哪一项？标签中 VID 能否替代 IP 子网？
考点：第 5、6 节；层次：综合应用。
答案与解析
参考答案： 首先核对并按业务要求修正两端 Trunk 的 VLAN 20 许可状态，同时检查成员端口与互联模式。VID 识别链路层 VLAN，不是 IP 网络前缀；跨 VLAN 的业务通信还需要三层处理。
6. 将 FastEthernet 0/3 加入已创建的 VLAN 20，随后只从中继许可列表移除 VLAN 20。分别应查哪类命令，为什么不直接删除 VLAN？
考点：第 6 节；层次：综合应用。
答案与解析
参考答案： 在接口配置下用 switchport access vlan 20 设置成员；在对应 Trunk 接口下用 switchport trunk allowed vlan remove 20 移除许可。no vlan 20 删除的是 VLAN 定义，影响与仅改变某条中继链路的承载范围不同。
7. 移动站能扫描到 SSID，却在发送后等待不到确认。能否说“CSMA/CA 已消除冲突，所以一定是 IP 地址错了”？顺便区分 BSS 与 Ad Hoc 的基础设施条件。
考点：第 7 节；层次：领会。
答案与解析
参考答案： 不能。CA 旨在降低冲突概率，不承诺零冲突；无确认还需检查无线与接入过程等条件，不能直接定位 IP。基础设施 BSS 围绕 AP 组织，而 Ad Hoc 不依赖同样的固定 AP。