局域网、以太网（标准以太网、工业以太网和实时以太网）与无线局域网

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因为有用到相关方面的知识所以浅显地学习了一下。
参考自《计算机网络》 邓世昆
《现场总线技术及应用教程（第2版）》 王永华

按地理覆盖范围，计算机网络分为局域网LAN和广域网WAN，通常LAN以外的网络都可归为WAN的范畴。

1局域网

局域网一般采用三种典型的拓扑结构：总线形、环形和星形。
所有网上的主机都是直接连接，采用广播式发送，当同属于一个局域网中的主机发送数据帧时，其它所有主机都能收到该数据帧，这种工作方式带来了冲突问题，需要采用相应的介质访问控制方式，目的主机可以通过核对帧的目的地址确认该帧是否是发给自己的，然后完成该帧的接收。
基于这个原因，在不考虑互联时，局域网不存在路由问题，一个单独的局域网通过数据链路层和物理层就可以实现网络数据通信功能。

局域网的体系结构仍按OSI参考模型的原则进行架构。
数据链路层被进一步细分为逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC，因此局域网的参考模型编程由LLC层、MAC层和物理层三部分构成。

介质访问控制(MAC，Media Access Control)，主要负责控制与连接物理层的物理介质。
为什么需要介质访问控制？ 因为局域网是一种广播式的网络，所有联网计算机都共享一个公共信道，所以，需要一种方法能有效地分配传输介质的使用权，使得两对结点之间的通信不会发生相互干扰的情况，这种功能就叫介质访问控制。

不同局域网的LLC层相同，MAC层和物理层不同，可参阅【IEEE802参考模型】。
LLC子层的主要工作是控制信号交换、数据流量控制、解释上层通信协议传来的命令并产生响应、克服数据在传送过程中所可能发生的各种问题。

MAC层定义介质访问控制方法和MAC帧格式。
不同类型的局域网具有不同的MAC帧格式，以以太网的MAC帧为例：

1. 前导码：用于通知接收端即将有数据到来，使接收端能够利用编码的信号跳变来同步时钟。
2. 起始符：用来指示数据帧的开始

MAC子层的主要工作是数据帧的封装/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。

2以太网Ethernet

2.1标准以太网

以太网的局域网标准是IEEE802.3。

目前以太网成为局域网技术的主流技术，淘汰了当时流行的令牌环、FDD1和ARCNET。
以太网是一种以总线方式连接、广播式传输的网络，采用CSMA/CD介质访问控制。

2.2工业以太网

工业以太网就是在工业控制系统中使用的以太网。工业以太网在技术上与商用以太网是兼容的。通过减轻以太网负荷、提高网络速度、采用交换式以太网和全双工通信、采用优先级和流量控制即虚拟局域网等技术，可以极大提高实时响应速度，相当于现有的现场总线。由于传统意义上的工业以太网还不满足实际应用的条件，目前常见的组合是现场总线技术和工业以太网技术结合，底层使用现场总线，上层使用工业以太网。

工业以太网帧结构及数据封装过程如下图所示：

1. 在应用层加上应用首部信息成为数据包送往传输层；
2. 在传输层加上包括端口号的TCP或UDP首部，成为分组信息（对TCP）或报文段（对UDP）送往网络层，在发送方和接收方主机之间建立起一条可靠的端到端的连接；
3. 在网络层加上包括IP地址的IP头成为数据包，使得每一个数据包都可以通过互联网络进行传输；
4. 最后在以太网的链路层加上包含确定的物理地址的IEEE 802.3帧头和帧尾，封装成为以太网的数据帧；
5. 在传输媒介上，帧转换为比特流，并采用数字编码和时钟方案进行可靠传输。

2.3实时工业以太网

对于响应时间小于5ms的应用，传统意义上的工业以太网已不能胜任，为此提出了种种提升工业以太网实时性的技术解决方案，这些方案都建立在IEEE 802.3标准的基础上，通过对其和相关标准的实时扩展提高实时性，并做到与标准以太网的无缝连接，这就是 实时以太网 RTE（Real Time Ethernet）。
虽然实时工业以太网是未来的发展方向，但从应用角度来看目前它还难以马上取代现场总线在工业控制网络中表现出的技术优势。

3无线局域网WLAN

无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network）是指以无线方式接入有线网络的局域网络，其网络主干仍是有线网络，通过在有线网络的接入层连接无线接入设备，实现无线方式接入优先设备，延伸了有线网络的覆盖范围。
WLAN采用CSMA/CA介质访问控制。

WLAN技术标准

WLAN标准简介 https://blog.csdn.net/GarfieldGCat/article/details/81809004

WLAN的传输方式

WLAN采用电磁波作为信息传输介质，调制方式主要为扩展频谱方式与窄带调制方式。

调制技术
WLAN采用载波调制技术实现信息传输，发送端通过调制将传输的数据信息载在射频载波上进行传输，接收端将受到的射频载波进行解调，从载波中提取传输数据信息，恢复出传输数据信息。

扩频技术
扩展频谱方式将数据基带信号的频谱扩展几到几十倍，然后通过射频调制后进行传输。虽牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。
•扩频技术由于信号频谱的展宽，导致干扰也需要在更宽的频带上进行干扰，分散了干扰功率，提高通信的抗干扰能力。

MAC帧

WLAN的MAC层的功能主要是负责客户终端与无线AP之间的通信。
WLAN中发送的各种类型的MAC帧都采用这种帧结构。

地址类型包含基本服务组标识（BSS-ID）、源地址、目标地址、发送站地址（AP）和接收站（AP）地址。
MAC帧分为数据帧、管理帧、控制帧。

扫描与SSID信息

客户端通过扫描发现当前环境存在的无线AP，或是在漫游时寻找新的无线AP。扫描存在主动扫描和被动扫描两种方式。
•WLAN通常采用被动扫描方式。当AP上设置了SSID信息后，AP会定期发送一个管理帧，客户端通过侦听无线AP定期发送的管理帧来发现AP。
•当系统需要隐藏某个SSID信息时，可采用主动扫描方式获得连接此SSID。

WLAN组网

相关设备

1. 无线工作站STA：即带有无线网卡的无线终端；
2. 无线接入点AP：提供无线接入服务，不同的无线接入服务用不同的服务集标识码SSID（Service Set Identifier）来表示。AP相当于有线局域网中的集线器。

一个AP和多个STA构成的网络称为基本服务集（BSS）

组网方式
infrastructure模式
最常见的组网方式，包含一个无线AP和多个无线工作中STA以及有线网络。
在家庭中也采用这种模式构成家庭无线网。