1. 封装成帧

1. 封装成帧
   
   为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供的服务。而物理层我们知道，它是以比特流进行传输的，这种比特流并不保证在数据传输过程中没有错误，接收到的位数量可能少于、等于或者多于发送的位数量。而且它们还可能有不同的值，这时数据链路层为了能实现数据有效的差错控制，就采用了一种“帧”的数据块进行传输。而要采帧格式传输，就必须有相应的帧同步技术，这就是数据链路层的“成帧”（也称为“帧同步”）功能。

封装成帧(framing)：就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

分组交换的一个重要概念：就是所有在因特网上传送的数据都是以分组(即IP数据报)为传送单位。

网络层的IP数据报传送到数据链路层就成为帧的数据部分。在帧的数据部分的前面和后面分别添加上首部和尾部，就构成了一个完整的帧。

帧长等于数据部分长度加上帧首部和帧尾部的长度，而首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界(即确定帧的界限)。

首部和尾部还包含许多必要的控制信息，在发送帧时，是从帧首部开始发送。

各种数据链路层协议都要对帧首部和帧尾部的格式有明确的规定。

为了提高帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能大于首部和尾部的长度。但是，每一种链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限——最大传送单元MTU(Maximum Transfer Unit)。

以太网MAC地址

1用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备

2MAC地址又48位二进制数组成，通常分为6段，用16进制表示。

M AC地址有48位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。MAC地址全球唯一，由IEEE对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。

如果48位全是1，则表明该地址是广播地址，如果第8位是1，则表示该地址是组播地址

 **在目的地址中，地址的第8位表明该帧将要发送给单个站点还是一组站点**

常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet II标准，IEEE 的 802.3 标准。

Ethernet II和IEEE802.3的帧格式比较类似，主要的不同点在于前者定义的2字节为包类型，而后者定义的2字节为的长度；所幸的是，后者定义的有效长度值与前者定义的有效类型值无一相同，这样就容易区分两种帧格式了。如果值大于 1500（0x05DC），说明是以太网类型字段，EthernetII 帧格式。如果值小于等于1500，说明是长度字段，IEEE802.3 帧格式。因此类型字段值最小的是 0x0600。而长度最大为 1500。

MAC层要求定界字符之后的内容要在64字节到1518个字节之间，其中包括14字节的目标和源MAC，4字节的CRC32值。并且报文帧之间的传递间隔要大于9.6us。

以太网帧的格式

交换机的工作原理

交换机在接收到数据帧以后，首先会记录数据帧中的源MAC地址和对应的接口到MAC表中，接着会检查自己的MAC表中是否有数据帧中目标MAC地址的信息，如果有则会根据MAC表中记录的对应接口将数据帧发送出去(也就是单播)，如果没有，则会将该数据帧从非接受接口发送出去(也就是广播)。

1)主机A会将一个源MAC地址为自己，目标MAC地址为主机B的数据帧发送给交换机。

2)交换机收到此数据帧后，首先将数据帧中的源MAC地址和对应的接口(接口为f 0/1) 记录到MAC地址表中。

3)然后交换机会检查自己的MAC地址表中是否有数据帧中的目标MAC地址的信息，如果有，则从MAC地址表中记录的接口发送出去，如果没有，则会将此数据帧从非接收接口的所有接口发送出去(也就是除了f 0/1接口)。

4)这时，局域网的所有主机都会收到此数据帧，但是只有主机B收到此数据帧时会响应这个广播，并回应一个数据帧，此数据帧中包括主机B的MAC地址。如果没有主机相应这个广播，则会继续向下一个交换机或路由器传播。

5)当交换机收到主机B回应的数据帧后，也会记录数据帧中的源MAC地址(也就是主机B的MAC地址)，这时，再当主机A和主机B通信时，交换机根据MAC地址表中的记录，实现单播了。

交换机以太网的接口的工作模式

单工：两个数据站之间只能沿单一方向数据传输。

半双工：两个数据站之间可以双向数据传输，但不能同时进行

全双工：两个数据站之间可双向且同时进行数据传输。

交换机的三个主要功能

a – 学习

以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中.

b – 转发/过滤

当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)

c – 消除回路

当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

三层交换技术

近年来的对三层技术的宣传，耳朵都能起茧子，到处都在喊三层技术，有人说这是个非常新的技术，也有人说，三层交换嘛，不就是路由器和二层交换机的堆叠，也没有什么新的玩意，事实果真如此吗？下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。

组网比较简单使用IP的设备A————————三层交换机————————使用IP的设备B

比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。

如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。

如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。

三层交换的特点：

a – 由硬件结合实现数据的高速转发。

b – 这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽，这些是三层交换机性能的两个重要参数。

c – 简洁的路由软件使路由过程简化。

d – 大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理，都是又二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。