数据链路层

MAC地址

占六个字节

IP地址

ARP协议

ARP协议是通过已知IP地址找出其对应MAC地址的协议
在一段总线型链路中，主机B要给主机C发送数据包。

但B只知道C的IP地址却不知道C的MAC地址，首先B会在它的ARP高速缓存表中查询IP地址，但没有C的IP地址。
因此B要发送ARP请求报文来获取C的MAC地址，目的地址为广播地址。

现在B能把数据包发给C了，主动获取就是通过自学习得到的记录。

如图，H1能使用ARP获取到H2的MAC地址吗？

不能。ARP协议只能在一段链路或一个网络上使用，不能跨网络使用。
因为从路由器出去后，数据包的来源mac地址会变成路由器的mac地址。所以arp是不会穿越路由器的。（交换机不会改变mac地址）
ARP的使用是逐网段的

集线器与交换机

集线器

集线器逻辑上是总线型的

假设某学院设三个系，每个系都有一个使用集线器作为互联设备的以太网，各自独立。

一系中的某主机向另一台主机发送数据帧，由于总线特性数据帧会传输到一系中的其他主机。
二系的多台主机同时发送数据帧，由于总线特性，会发生碰撞并把碰撞信号传输到其他主机。
为了使各以太网能相互通信，可再用一个集线器将它们互连成一个更大的以太网，而原来的碰撞域也合并成了一个更大的碰撞域。

一系的某台主机给二系的某主机发送数据帧，由于总线特性，数据帧会传输到整个网络的其他主机。

交换机

交换机主机间的数据通信不会传输给其他主机
交换机通常有多个接口，能同时连通多对接口的主机
交换机收到多个帧时会将它们缓存起来再逐个转发给目的主机，不会产生碰撞

集线器与交换机的对比

单播帧：集线器会传输给网络中的各主机，而交换机不会
广播帧：效果一样

可见，无论是用集线器还是交换机来扩展以太网，扩展后以太网的各主机都属于同一个广播域。
但是仅用集线器扩展的以太网会同时扩大广播域和碰撞域，而仅用交换机扩展的以太网只会扩大广播域不会扩大碰撞域。
即交换机可以隔离碰撞域
碰不碰撞取决于能否同时处理数据帧，集线器不行，交换机可以。

以太网交换机的自学习过程

交换机工作在数据链路层，它收到数据帧后会在其自身的帧交换表中查找接收的帧的目的MAC所对应的接口号，有的话就会通过该接口转发帧。
刚通电的交换机其内部的帧交换表是空的，随着各主机间通过它通信，它会通过自学习算法逐渐建立帧交换表。

假设主机A要发数据帧给B

首先A要发送的帧会从交换机1的1号接口进入交换机，之后交换机1会对该帧进行登记。将该帧的源MAC地址和对应的接口记录到交换表中。
上述的登记工作就是自学习。
之后交换机1对该帧进行转发，该帧的目的MAC是B，在帧交换表中查找MAC地址B，找不到。
于是对该帧进行盲目转发，也成泛洪。即同时在交换机的其他接口转发该帧。

与交换机1相连的主机B根据该帧的目的MAC得知是发给自己的，于是接收该帧。同理C得知不是发给自己的，丢弃该帧。
该帧从接口4发送到交换机2的接口2，之后在交换机2中进行登记转发，BEF都知道该帧不是发给自己的就丢弃该帧。

已经收到数据帧的B会通过接口3发送确认帧给A，同样先在交换机中登记，转发。因为帧交换表中有确认帧的目的MAC地址A，所以能直接转发。
A接收到确认帧后根据目的MAC知道这是给自己的就接收该帧。
再假设主机G通过集线器（图中省略）与A互连，G给A发数据帧
首先该帧通过集线器的总线网络分别发给A和接口1，A根据目的MAC知道是发给自己的就接收该帧。另一个数据帧从接口1进入交换机1并登记转发。
转发时发现该帧对应的接口与其目的MAC地址A的接口相同，即该帧从接口1进来又要从接口1出去，这种情况交换机是不会转发的，丢弃该帧。

生成树协议STP

如图，假设有链路故障了，要怎么提高以太网的可靠性呢？

可以添加冗余链路的方法提高可靠性，在BC间再加一条链路。

但是冗余链路也有弊端，会形成网络环路。造成广播风暴，广播帧在环路中不断顺&逆时针兜圈，主机收到重复的广播帧，帧交换表中广播帧对应的接口不断变化。
因此使用STP来避免冗余链路带来负面影响。

虚拟局域网VLAN

现实网络中相当一部分协议会频繁用到广播，那要怎么避免广播风暴呢？

切割广播域的方法

路由器可以隔离广播域
路由器默认不转发广播数据包，因此能隔离广播域，但成本较高。
虚拟局域网VLAN
VLAN是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组技术
如图，某主机放送广播，局域网内的所有主机都能收到。

将各主机分别划分给VLAN1、VLAN2，此后VLAN1的广播不会发送给VLAN2，反之亦然。
即同一个VLAN内部可以广播通信，不同VLAN间不能广播通信。