以太网协议

以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网络是建立在CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）机制上的一种广播型网络。CSMA/CD的工作原理可简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。

以太网协议定义了数据帧在以太网上的传输标准，了解以太网协议是充分理解数据链路层通信的基础。

以太网帧

以太帧格式：

以太网技术所使用的帧称为以太网帧，简称以太帧，以太帧有两种格式：IEEE802.3和Ethernet_Ⅱ

以太帧类型：
  1. 单播以太帧（目的mac地址为单播mac地址）
  2. 广播以太帧（目的mac地址为广播mac地址）
  3. 组播以太帧（目的mac地址为组播mac地址第一字节第8bit为1）
补充：MAC地址

MAC地址的作用是唯一标识一个网卡，可以通过MAC地址进行同网段的数据访问（不同网段使用IP地址）。MAC地址长48bit，通常采用16进制表示。前24bit为OUI（厂商代码），由IEEE分配给生产商，用以表示哪个厂家生产，后24bit由厂家自行分配。（一个VLAN是一个网段,一个网段是一个广播域）
MAC地址分为三类：

  1. 单播MAC地址：也称物理MAC地址，唯一的标识以太网上的一个终端，该地址为全球唯一的硬件地址，其第一字节第8bit为0。
  2. 广播MAC地址：全1的MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），用来表示局域网上的所有终端设备。
  3. 组播MAC地址：除广播地址外，第8bit为1的MAC地址为组播MAC地址，用来代表局域网上的一组终端，不能作为源地址，只能作为目的地址。

以太网交换机

二层交换机一般用于接入层，工作在数据链路层，它对数据包的转发是建立在MAC地址基础之上。此外还有三层交换机，在此不做叙述，以下皆针对二层交换机。

MAC地址表

每台交换机中都有一个MAC地址表，存放了MAC地址与交换机端口之间的映射关系。交换机在转发数据帧时，根据数据帧的目的MAC地址查询MAC地址表。如果MAC地址表中包含与该帧目的MAC地址对应的表项，则直接通过该表项中的出接口转发该报文；如果MAC地址表中没有包含该帧目的MAC地址对应的表项时，交换机将采取泛洪方式在除接收接口外的所有接口发送该报文。（mac地址表中，一个mac地址对应一个接口，一个接口可以对应多个mac地址）

交换机的三种数据帧处理行为

泛洪：交换机把从某一端口进来的帧通过所有其它的端口转发出去（两种情况：1、单播帧，交换机在MAC地址表中找不到目的MAC地址。----未知单播帧2、广播帧）注意与目的MAC地址未知，需查询arp缓存表的情况相区分
转发：交换机把从某一端口进来的帧通过另一个端口转发出去（单播帧：找到目的MAC地址，且对应端口不是该帧进入交换机的端口）
丢弃：交换机把从某一端口进来的帧直接丢弃（单播帧：找到目的MAC地址，但对应端口是该帧进入交换机的端口）

交换机的MAC地址学习

初始状态下，交换机MAC地址表为空，主机1想经由交换机转发数据帧到主机2.

  1. 主机1封装好自己的数据帧，交换机收到后查询MAC地址表，发现没有对应项，将该数据帧定义为未知单播帧。
  2. 交换机对该数据帧泛洪，与此同时，学习该数据帧的源MAC地址，与接收端口关联，在MAC地址表中建立对应表项。
  3. 广播域中的所有主机均会收到该数据帧，但只有主机2会响应，主机2回复单播数据帧给主机1。
  4. 由于MAC地址表中具备主机1的表项，交换机对来自主机2的数据帧执行转发，与此同时，学习主机2数据帧的源MAC地址，与接收端口关联，在MAC地址表中建立对应表项。

至此，MAC地址表学习完毕。

交换机的工作原理

交换机的基本作用就是用来转发数据帧，具体地说，在收到数据帧后，交换机学习帧的源MAC地址，关联对应端口，在MAC地址表中建立对应表项，与此同时，在MAC地址表中查询该帧的目的MAC地址，并将帧从对应的端口转发出去。

情景模拟

主机1希望访问主机2，arp缓存表、MAC地址表皆为空，主机1、2只知道本机MAC地址，双方IP地址，双方处于同一网段。

  1. 主机1进行报文封装，由于目的MAC地址未知，故查询本机arp缓存表，发现不存在目标IP对应的MAC信息，发送arp请求报文（广播形式，目的MAC地址全为1），请求目标MAC地址。
  2. 交换机收到后发现是广播数据帧，泛洪处理，同时学习源MAC地址记入本机MAC地址表中。
  3. 主机2收到arp请求报文后向主机1发送arp响应报文（单播），回复主机1，同时在arp缓存表中记录主机1MAC地址和IP地址的映射关系。
  4. 交换机在MAC地址表中查询到相应表项，将arp响应报文转发给主机1，同时学习主机2MAC地址。
  5. 主机1收到arp响应报文后，同样将对应的MAC地址和IP地址记录进arp缓存表中，并封装好自己的报文，发送给主机2