数据链路层的七七八八

以太网

封装好的以太网帧由网卡添加前导码和FCS ->
由对端网卡接收后去掉前导码并使用CRC校验，如果帧损坏则丢弃，如果没有损坏则交给软件驱动处理 ->
以太网驱动接收物理层传输过来的包读入内存 ->
查看源mac和目的mac，如果是发给自己的则根据type字段的值交给传输层继续处理，如果不是则根据不同的拓扑设计会选择丢掉或转发。

MAC地址

在同一数据链路的MAC地址必须唯一，相当于身份证号，对于物理网卡MAC地址会被厂商烧到ROM中。

帧格式

以太网帧格式不同标准之间略有差距，例如使用较多的Ethernet II、IEEE802.3、VLAN帧体。

• Ethernet II 应用最广，从个人电脑上抓包看到的基本都是这类帧体
• IEEE802.3 可以做到对数据链路层更细节的控制
• VLAN 可以在逻辑上划分不同的网段

Preamble：在以太网帧前端有大小8 bytes的前导码，能够确保发送端与接收端时钟同步，兼容不同速率的NIC。前导码最后一个byte末尾为11，称为SFD（Start Frame Delimiter），表示后面发送的是以太网帧。
MTU：以太网帧的最大传输单元（MTU）默认为1500，即承载的最大IP数据报文的最大长度为1500 bytes，超过了就要分片传输。1500 + 6（dst mac addr）+ 6（src mac addr）+ 2（type）+4（FCS）= 1518 bytes，所以以太网传输的最大的数据帧为1518 bytes。（MTU可以在系统做设置，在做mellanox适配时，ROCE模式可以通过调大MTU来提升性能）

Ethernet II

以电脑到路由器的一个包为例，可以看到目的端是华为路由器，源端是我的macbook pro M2 MAX顶配版（狗头），类型表明以太网上一层的协议类型，wireshark已经给出了解析，type：0x0800为IPv4，接下来的事情就交给处理IP的程序去做了。

IEEE802.3

Ethernet II的type字段在此表示以太网帧的长度，此外多了LLC和SNAP字段，上层协议type包含在SNAP字段中

IEEE802.3多了逻辑链路控制层（LLC)和SNAP，LLC部分各字段作用：

• DSAP（Destination Service Access Point）: 使用多协议栈时，告诉接收端在哪个协议栈缓冲区放置该信息
• SSAP（Source Service Access Point ）：发送源，如果设置为AA则表明是SNAP帧
• CTRL（Control Byte）：表明是LLC帧

SNAP各字段作用：

• 厂商（Vendor Code）：厂家信息，通常设置为全0
• 类型（Local Code）：包含标识上层协议类型的code，该字段保证了对Ethernet II的兼容

VLAN

VLAN在企业中经常用到，用于在不改变物理线路的情况下逻辑上划分网段，虽然如此，但是VLAN逻辑层面控制和物理布线最好有明确整齐的规划，否则会一团糟。

土黄色部分为VLAN帧相对于Ethernet II多出的部分，各字段作用如下：

• TPID（Tag Protocol IDentifier）：0x8100标识是否为VLAN帧（IEEE 802.1q tagged frame）
• Priority：帧的优先级，3bit分为0~7个等级，值越大优先级越高
• CFI（Canonical Format Indicator）：主要用于令牌环网络和以太网之间的兼容，以太网交换机该字段设置为0

交换机自学

交换机通过查找转发表和数据链路层每个帧的目标MAC地址决定从哪个网口将数据帧发送出去，如果转发表上没有目标MAC地址，则除了接收该帧的端口，其他端口全部转发该帧，主机收到帧后会判断是否发给自己，如果不是则丢弃。
构造转发表实际上是接收到帧时，将交换机端口和该帧的源MAC地址关联。后续的帧如果目标MAC地址存在于表上，则直接从关联的这个端口将包发送出去。

ARP（Address Resolution Protocol）

ARP是根据IP地址找MAC地址的协议，如果数据包中含有源MAC地址和目的MAC地址，则交换机通过查转发表将包从关联端口发送出去，如果此数据包中只有目标IP地址而没有目标MAC地址，就需要广播发送ARP请求，同网段收到包的主机如果不是发给自己丢弃，如果是发给自己则需要进行单播发送ARP应答，告诉请求者我的IP地址和我的MAC地址。

抓包看看ARP的请求包，通过广播发送出去，上层协议使用0x0806（ARP）。ARP的target MAC address全0，还可以看到硬件类型为1（以太网），协议类型为0x800（IPv4），操作为1（请求）

再看看ARP的应答包，单播的方式进行应答，附加了MAC地址

环路问题

当两个交换机将两个局域网连起来的时候就很容易出现环路，因为ARP请求通过广播的形式发出，这样两个局域网都可以收到广播消息，两台交换机都能从两个局域网收到包，也都能向两个局域网发送包，当同一个包从局域网一和局域网二同时发送到交换机时，就破坏了交换机的自学机制，根本无法判断主机到底在哪里，于是就开始了无限的广播，这种现象就是环路问题。
解决环路问题的方法主流的有

1. 生成树协议：通过优先级向量将各交换机节点组成生成树（Spanning Tree Protocol），网络包根据树的路径传输，避免环路。
2. 源路由法：记录发出数据的源地址是通过哪个交换机传输的，如果出现了环路，不会重复转发。

学习自：
《趣谈网络协议》刘超
《图解TCP/IP》
《图解HTTP》
《网络是怎样连接的》
https://www.firewall.cx/networking/ethernet/ieee-8023-snap-frame.html