局域網、以太網（標准以太網、工業以太網和實時以太網）與無線局域網

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因為有用到相關方面的知識所以淺顯地學習了一下。
參考自《計算機網絡》 鄧世昆
《現場總線技術及應用教程（第2版）》 王永華

按地理覆蓋范圍，計算機網絡分為局域網LAN和廣域網WAN，通常LAN以外的網絡都可歸為WAN的范疇。

1局域網

局域網一般采用三種典型的拓撲結構：總線形、環形和星形。
所有網上的主機都是直接連接，采用廣播式發送，當同屬於一個局域網中的主機發送數據幀時，其它所有主機都能收到該數據幀，這種工作方式帶來了沖突問題，需要采用相應的介質訪問控制方式，目的主機可以通過核對幀的目的地址確認該幀是否是發給自己的，然后完成該幀的接收。
基於這個原因，在不考慮互聯時，局域網不存在路由問題，一個單獨的局域網通過數據鏈路層和物理層就可以實現網絡數據通信功能。

局域網的體系結構仍按OSI參考模型的原則進行架構。
數據鏈路層被進一步細分為邏輯鏈路控制子層LLC和介質訪問控制子層MAC，因此局域網的參考模型編程由LLC層、MAC層和物理層三部分構成。

介質訪問控制(MAC，Media Access Control)，主要負責控制與連接物理層的物理介質。
為什么需要介質訪問控制？ 因為局域網是一種廣播式的網絡，所有聯網計算機都共享一個公共信道，所以，需要一種方法能有效地分配傳輸介質的使用權，使得兩對結點之間的通信不會發生相互干擾的情況，這種功能就叫介質訪問控制。

不同局域網的LLC層相同，MAC層和物理層不同，可參閱【IEEE802參考模型】。
LLC子層的主要工作是控制信號交換、數據流量控制、解釋上層通信協議傳來的命令並產生響應、克服數據在傳送過程中所可能發生的各種問題。

MAC層定義介質訪問控制方法和MAC幀格式。
不同類型的局域網具有不同的MAC幀格式，以以太網的MAC幀為例：

1. 前導碼：用於通知接收端即將有數據到來，使接收端能夠利用編碼的信號跳變來同步時鍾。
2. 起始符：用來指示數據幀的開始

MAC子層的主要工作是數據幀的封裝/卸裝、幀的尋址和識別、幀的接收與發送、鏈路的管理、幀的差錯控制等。

2以太網Ethernet

2.1標准以太網

以太網的局域網標准是IEEE802.3。

目前以太網成為局域網技術的主流技術，淘汰了當時流行的令牌環、FDD1和ARCNET。
以太網是一種以總線方式連接、廣播式傳輸的網絡，采用CSMA/CD介質訪問控制。

2.2工業以太網

工業以太網就是在工業控制系統中使用的以太網。工業以太網在技術上與商用以太網是兼容的。通過減輕以太網負荷、提高網絡速度、采用交換式以太網和全雙工通信、采用優先級和流量控制即虛擬局域網等技術，可以極大提高實時響應速度，相當於現有的現場總線。由於傳統意義上的工業以太網還不滿足實際應用的條件，目前常見的組合是現場總線技術和工業以太網技術結合，底層使用現場總線，上層使用工業以太網。

工業以太網幀結構及數據封裝過程如下圖所示：

1. 在應用層加上應用首部信息成為數據包送往傳輸層；
2. 在傳輸層加上包括端口號的TCP或UDP首部，成為分組信息（對TCP）或報文段（對UDP）送往網絡層，在發送方和接收方主機之間建立起一條可靠的端到端的連接；
3. 在網絡層加上包括IP地址的IP頭成為數據包，使得每一個數據包都可以通過互聯網絡進行傳輸；
4. 最后在以太網的鏈路層加上包含確定的物理地址的IEEE 802.3幀頭和幀尾，封裝成為以太網的數據幀；
5. 在傳輸媒介上，幀轉換為比特流，並采用數字編碼和時鍾方案進行可靠傳輸。

2.3實時工業以太網

對於響應時間小於5ms的應用，傳統意義上的工業以太網已不能勝任，為此提出了種種提升工業以太網實時性的技術解決方案，這些方案都建立在IEEE 802.3標准的基礎上，通過對其和相關標准的實時擴展提高實時性，並做到與標准以太網的無縫連接，這就是 實時以太網 RTE（Real Time Ethernet）。
雖然實時工業以太網是未來的發展方向，但從應用角度來看目前它還難以馬上取代現場總線在工業控制網絡中表現出的技術優勢。

3無線局域網WLAN

無線局域網WLAN（Wireless Local Area Network）是指以無線方式接入有線網絡的局域網絡，其網絡主干仍是有線網絡，通過在有線網絡的接入層連接無線接入設備，實現無線方式接入優先設備，延伸了有線網絡的覆蓋范圍。
WLAN采用CSMA/CA介質訪問控制。

WLAN技術標准

WLAN標准簡介 https://blog.csdn.net/GarfieldGCat/article/details/81809004

WLAN的傳輸方式

WLAN采用電磁波作為信息傳輸介質，調制方式主要為擴展頻譜方式與窄帶調制方式。

調制技術
WLAN采用載波調制技術實現信息傳輸，發送端通過調制將傳輸的數據信息載在射頻載波上進行傳輸，接收端將受到的射頻載波進行解調，從載波中提取傳輸數據信息，恢復出傳輸數據信息。

擴頻技術
擴展頻譜方式將數據基帶信號的頻譜擴展幾到幾十倍，然后通過射頻調制后進行傳輸。雖犧牲了頻帶帶寬，卻提高了通信系統的抗干擾能力和安全性。
•擴頻技術由於信號頻譜的展寬，導致干擾也需要在更寬的頻帶上進行干擾，分散了干擾功率，提高通信的抗干擾能力。

MAC幀

WLAN的MAC層的功能主要是負責客戶終端與無線AP之間的通信。
WLAN中發送的各種類型的MAC幀都采用這種幀結構。

地址類型包含基本服務組標識（BSS-ID）、源地址、目標地址、發送站地址（AP）和接收站（AP）地址。
MAC幀分為數據幀、管理幀、控制幀。

掃描與SSID信息

客戶端通過掃描發現當前環境存在的無線AP，或是在漫游時尋找新的無線AP。掃描存在主動掃描和被動掃描兩種方式。
•WLAN通常采用被動掃描方式。當AP上設置了SSID信息后，AP會定期發送一個管理幀，客戶端通過偵聽無線AP定期發送的管理幀來發現AP。
•當系統需要隱藏某個SSID信息時，可采用主動掃描方式獲得連接此SSID。

WLAN組網

相關設備

1. 無線工作站STA：即帶有無線網卡的無線終端；
2. 無線接入點AP：提供無線接入服務，不同的無線接入服務用不同的服務集標識碼SSID（Service Set Identifier）來表示。AP相當於有線局域網中的集線器。

一個AP和多個STA構成的網絡稱為基本服務集（BSS）

組網方式
infrastructure模式
最常見的組網方式，包含一個無線AP和多個無線工作中STA以及有線網絡。
在家庭中也采用這種模式構成家庭無線網。