IEEE 802标准体系
目录
IEEE 802
一、整体分层结构
二、常用主流 802 子标准
1. 有线以太网（最常用）
2. 无线局域网 WiFi
3. 其他小众 802 标准
802.1Q（VLAN Tagging，VLAN 标签标准）
802.1P（Layer 2 CoS，二层服务优先级）
IFG（96bit 帧间隔）、512bit 争用期、64 字节最小帧、32bit Jam 干扰信号，全部在初代 802.3 规范里同步定稿，不存在文档发布先后顺序， 但底层设计推导有明确先后逻辑
第 1 步：先确定物理总线极限 → 算出争用期 512bit
早期同轴以太网存在信号传播时延，要保证最远两端站点的冲突信号能往返传播，计算得出最大往返时延为 512bit 时间，这个时长命名为争用期（冲突窗口）
约束：只有在发送前 512bit 内检测到冲突，才有意义；超过 512bit 后，所有站点必然已经感知到对方信号，不会再发生隐蔽冲突
第 2 步：由争用期推出最小帧长 64 字节（512bit）
为了让发送方在冲突窗口内就能发现碰撞，规定所有帧必须至少 512bit
如果帧短于 512bit，发送方会在远端冲突信号到达前就发完整帧、停止监听，永远感知不到冲突，丢失报文。因此最小帧长是争用期的直接产物
第 3 步：基于 512bit 冲突窗口，确定 Jam 信号最少 32bit
现在解决一个漏洞：站点检测到冲突立刻停发，此时冲突波形还没传遍整条总线，远端站点可能收不到冲突信号
需要一段额外干扰信号，保证冲突电平持续覆盖总线最大单程传播时延： 10Mbps 以太网单程最大时延约 25.6bit，向上取整标准化为32bit作为 Jam 最小长度。
- 32bit 干扰信号足够填补信号传播延迟，确保总线所有站点都捕获冲突；
- 同时 32bit 远小于 512bit 冲突窗口，不会超出争用期的约束范围
- 底层物理约束（先确定）：总线传输时延 → 512bit 争用期 → 64 字节最小帧
- MAC 层冲突补救规则（后推导）：冲突停止发送 → 追加≥32bit Jam 干扰信号
- 发送准入时序（配套同步设计）：帧间间隔 IFG=96bit，载波监听需等满 96bit 空闲再发包
IEEE 802
IEEE 802 是电气和电子工程师协会制定的局域网 / 城域网标准系列，全部针对 OSI 模型物理层 + 数据链路层（二层拆分：MAC 介质访问控制、LLC 逻辑链路控制）
一、整体分层结构
IEEE802 把二层拆成两部分：
- LLC（802.2）：上层统一接口，对接网络层 IP；
- MAC + PHY：各类 802.X 子标准，对应不同有线 / 无线局域网
二、常用主流 802 子标准
1. 有线以太网（最常用）
- EEE 802.3：以太网标准 包含百兆、千兆、万兆、25G/100G 以太网，定义帧结构、CSMA/CD、电口光口 PHY。
- IEEE 802.1Q：VLAN 标签标准（4 字节 Tag，VID 区分 VLAN）
- IEEE 802.1P：二层 QoS 优先级，内嵌在 802.1Q Tag 的 PCP 字段（0~7 优先级）
- IEEE 802.1D：传统 STP 生成树，二层防环路
- IEEE 802.1W：RSTP 快速生成树
- IEEE 802.1S：MSTP 多实例生成树
- IEEE 802.1X：端口认证（802.1X，接入认证，用户名密码 / 证书）
QoS（服务质量 Quality of Service）
网络带宽有限，当流量拥堵时，QoS 用来给不同业务分优先级，保证重要数据优先传输，不被普通流量挤占
没有 QoS：所有报文平等排队，下载大文件会把语音、视频、业务系统卡断。
有 QoS：语音、监控、网管控制报文优先转发，下载、后台日志延后
1.二层 QoS：802.1P（PCP 3bit，0～7）
封装在 802.1Q VLAN 标签里，仅在交换机之间 Trunk 链路生效
交换机根据 PCP 值区分优先级，拥塞时高数值优先发送：
- 7：网络控制（STP、LLDP）最高
- 6：路由协议 OSPF/BGP
- 5：语音通话 IP 电话
- 4：视频监控、直播
- 3：核心业务系统
- 0：普通上网（默认）
- 1：后台下载、日志（最低）
2.三层 QoS：IP 头部 DSCP（差分服务代码点）
IP 数据包里标记，可跨路由器、跨网段全网生效
常用于互联网、跨网段场景，和二层 802.1P 可以互相映射
从属关系：802.1P 是 802.1Q 标签里的一个子字段，没有 802.1Q 就不存在 802.1P；
分工清晰：802.1Q 管 “隔离（哪个 VLAN）”，802.1P 管 “快慢（转发优先级）”；
无 VLAN 标签的普通以太网帧，无法携带二层优先级，只能依靠三层 DSCP 做 QoS
| 维度 | 802.1Q | 802.1P |
|---|---|---|
| 本质 | 完整 VLAN 封装标准（4 字节 Tag） | QoS 优先级标记（Tag 内 3bit 子字段） |
| 存在形式 | 独立帧标签，可单独识别 VLAN | 不能单独存在，依赖 802.1Q 标签 |
| 核心功能 | 划分广播域、VLAN 隔离 | 二层流量区分优先级、拥塞调度 |
| 承载信息 | VID（VLAN 号）+ PCP + CFI | 仅 3bit 优先级数值 |
| 适用端口 | Trunk/Hybrid 端口带 Tag 转发 | 仅带 Tag 链路生效，Access 无 Tag 失效 |
| 数量范围 | VID：0~4095 | PCP：0~7 共 8 级 |
- Access 端口只收发 untag 帧，入站打 PVID 标签，出站剥离标签；无 802.1P 透传效果。
- Trunk 端口收发带 Tag 帧，完整保留 802.1Q VID + 802.1P 优先级，跨设备传递 VLAN 与 QoS 标记。
- Hybrid 端口可同时发 untag/tag 帧，灵活用于混合终端场景，同样支持 PCP 优先级携带。
- 优先级映射：802.1P（二层 CoS）可映射到 DSCP（三层 IP 优先级），实现端到端 QoS
2. 无线局域网 WiFi
IEEE 802.11：无线局域网（WiFi）
- 802.11b/g/n/ac/ax/be：对应 WiFi4~WiFi7
- 工作在 2.4G/5G/6G 频段，无线 MAC 与射频物理层
3. 其他小众 802 标准
- 802.2：LLC 逻辑链路控制（统一上层接口）
- 802.4：令牌总线（淘汰）
- 802.5：令牌环（淘汰）
- 802.15：无线个域网
- 802.15.1：蓝牙
- 802.15.4：ZigBee、低功耗物联网
- 802.16：WiMAX 无线城域网（4G 早期宽带无线）
802.1Q（VLAN Tagging，VLAN 标签标准）
核心作用：区分不同 VLAN，实现二层隔离IEEE 802.1Q 定义以太网帧中插入 4 字节 VLAN 标签（TPID+TCI），是 VLAN 技术底层标准
标签总长：4 字节
- TPID (2B)：固定 0x8100，标识这是 802.1Q 帧
- TCI (2B)：分为三部分
- PC P（3bit）：802.1P 优先级字段
- CFI（1bit）：规范帧格式，以太网固定 0
- VID（12bit）：VLAN ID，范围 0~4095，可用 1~4094
802.1P（Layer 2 CoS，二层服务优先级）
核心作用：二层流量 QoS，标记报文转发优先级802.1P 不是独立帧格式，是内嵌在 802.1Q 标签里的 3 比特 PCP 字段，单独无法存在
- 3bit 共 8 个优先级（0~7），称为 CoS 优先级
- 仅在带 VLAN Tag 的 Trunk 链路上生效，Access 口无标签则不携带优先级
| PCP 值 | 名称 | 业务场景 |
|---|---|---|
| 0 | Best Effort | 普通上网、数据业务（默认） |
| 1 | Background | 后台下载、日志备份（最低） |
| 2 | Excellent Effort | 普通企业业务 |
| 3 | Critical Applications | 重要业务系统、ERP |
| 4 | Video | 视频监控、直播 |
| 5 | Voice | IP 电话、语音通话 |
| 6 | Internetwork Control | 路由协议 OSPF/BGP、网管 |
| 7 | Network Control | 核心协议 STP、LLDP（最高） |