MAC地址和交换机

　　数据链路层主要关注三个问题：

1. 这个包是发给谁的？谁应该接收？
2. 大家都在发，会不会产生混乱？有没有谁先发、谁后发的规则？
3. 如果发送的时候出现了错误，怎么办？

数据链路层也称为MAC(Medium Access Control)层，即媒体访问控制。控制在往媒体上发数据的时候，谁先发、谁后发的问题，防止顺序错乱，这解决了第二个问题。对于第一个问题，要用到一个物理地址也就是MAC地址来解决。

　　MAC地址是一个网卡的物理地址，用十六机制、6个byte表示。每张网卡的MAC地址都是唯一的，有点像身份证，是一个唯一的标识。它的唯一设计特性是为了组网的时候，不同的网卡放在一个网络里面的时候，不用担心冲突，更多的是从硬件角度理解。MAC地址的通信范围局限在一个子网里。例如，从 192.168.0.2/24 访问192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。一旦跨子网，即从192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC地址就不行了，需要 IP 地址起作用了。MAC数据包称为数据帧，格式一般为一个数据字段和多个首部字段组成。网络层数据报就插在数据字段中。

　　MAC地址上面我们已经分析过了，类型一般指IP数据包，IP里面又包含TCP、UDP、HTTP等一层一层封装。有了这个目标 MAC 地址，数据包在链路上广播，MAC 的网卡才能发现，这个包是给它的。MAC 的网卡把包收进来，然后打开 IP 包，发现 IP 地址也是自己的，再打开 TCP 包，发现端口是自己，也就是80，而 nginx 就是监听 80。于是将请求提交给 nginx，nginx 返回一个网页。然后将网页发回请求的机器。层层封装，最后到 MAC 层。返回的时候，源 MAC 就变成了目标 MAC，再返给请求的机器。至此，第二问题也解决了。

　　对于以太网，最后的CRC(循环冗余检测)通过XOR异或的算法，来计算整个包在发送的过程中是否出现了错误，主要针对第三个问题。

　　一个广播的网络里接入了N台机器，怎么知道每个MAC地址是谁呢？这里就要用到ARP协议即地址解析协议，已知IP地址可以求得MAC地址。在一个局域网里，当知道了IP地址，可以发送一个广播包，用个例子说明就是1、2、3、4步。

询问和应答报文大致如下：

　　交换机是MAC层的设备，它的任务是接收入链路层帧并将它们转发到出链路。交换机通过学习来记录入链和出链地址之间的关系。一台 MAC1 电脑将一个包发送给另一台 MAC2 电脑，当这个包到达交换机的时候，一开始交换机也不知道 MAC2 的电脑在哪个口，它只能将包转发给除了来的那个口之外的其他所有的口。这个时候，交换机会记住MAC1 是来自一个明确的口。以后有包的目的地址是 MAC1 的，直接发送到这个口就可以了。当交换机作为一个关卡一样，过了一段时间之后，就有了整个网络的一个结构了，这时基本上不用广播了，全部可以准确转发。由于每个机器的 IP 地址会变，所在的口也会变，因而交换机上的学习结果也就是转发表，是有一个过期时间的。

　　交换机是即插即用设备，它们不需要网络管理员或用户的干预。要安装交换机的网络管理员只需要将局域网网段和交换机的接口相连。同时交换机是全双工的工作方式，任何交换机口能够同时发送和接收数据帧。交换机提高了局域网的转包性能，因为它的最大聚合带宽是该交换机所有接口速率之和。

　　最后交换机容易和路由器弄混，路由器是使用IP地址来转发分组，是网络层的设备；而交换机是用MAC地址来转发分组，这是两者本质的区别。

　　

参考资料：《趣谈网络协议》刘超

　　　　　《计算机网络：自顶向下方法》原书第六版 陈鸣译