局域网技术详解：以太网、交换式以太网与CSMA/CD协议

"本章详细介绍了局域网（LAN）的相关知识，重点讲解了CSMA/CD协议的工作过程，以及局域网的关键技术、拓扑结构、传输形式、介质访问控制方式，还有局域网的体系结构与标准，特别是IEEE 802标准的划分。" 局域网（LAN）是一种在有限地理范围内（如房间、建筑物或园区）构建的高传输速率（10Mb/s至1000Mb/s）且低误码率（10^-8至10^-11）的网络。常见的拓扑结构包括总线型、星型和环型，使用的介质有非屏蔽双绞线（UTP）、光纤和同轴电缆。局域网的关键技术涉及拓扑结构、传输形式（基带传输和宽带传输）以及介质访问控制方式。 CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）是局域网中常见的介质访问控制协议，它遵循以下四个步骤工作： 1. **先听后发**：在发送数据之前，节点会先监听信道是否空闲。如果信道忙，则等待直到信道空闲。 2. **边听边发**：当检测到信道空闲时，节点开始发送数据，同时继续监听信道，以检测可能的冲突。 3. **冲突停发**：如果在发送过程中检测到冲突（两个节点同时发送数据），则立即停止发送。 4. **延迟重发**：发生冲突后，节点会随机等待一段时间再尝试重新发送数据，以减少再次冲突的可能性。 局域网的标准化工作主要由IEEE 802委员会负责，这个组织制定了包括IEEE 802.3（以太网）、IEEE 802.11（无线局域网）等一系列标准。IEEE 802参考模型将数据链路层分为LLC（逻辑链路控制）和MAC（媒体访问控制）两个子层，其中LLC子层处理错误检测和流量控制，而MAC子层管理对共享介质的访问。这样的划分使得不同局域网技术能在同一物理层上互操作。 在局域网的体系结构中，网络层通常不被包含，因为局域网内部的数据传输不需要路由选择。而LLC子层作为数据链路层的一部分，负责与高层协议交互，提供服务访问点（SAP）。物理层（PHY）则描述了实际信号的传输，如以太网的电气特性或光纤的光信号规格。 此外，局域网技术还包括交换式以太网、虚拟局域网（VLAN）和无线局域网（WLAN），这些技术进一步扩展了局域网的功能和应用范围。交换式以太网通过交换机提供多个独立的冲突域，提高网络效率；VLAN允许在物理网络上创建逻辑上的隔离网络，增强安全性；WLAN则提供了无绳的连接方式，增强了网络的灵活性和便捷性。