MAC 地址

OSI第二层的作用，使局域网中的机器能互相连接并建立通信，还能够侦测传输错误。要向局域网中的其他机器发送信息，就需要借助 MAC 地址，来指定发送信息的目的地。

MAC 地址其实就是网卡的地址，一台电脑有一个或多个网卡，但是每个网卡都只一个独一无二的 MAC 地址。

MAC地址用16进制表示，由6个字节编码组成，每个字节用冒号隔开，如 00:0c:29:10:5a:55

一个字节（byte）是8个比特位（bit），一个比特位就是一个二进制的位，一个二进制的位只能取值0或1，因此一个比特位可以取 2^1=2 个值，8个比特位可以取 2^8=256 个值，那么一个字节可以取256个值，从 0 ~ 255 的整数。

MAC 地址是由 6 个字节编码组成，因此可以取 2^48 个值，这是一个很大的数，肯定能保证每个 MAC 地址都是唯一的，网卡制造商会购买 MAC 地址区块，因此不会有重复的 MAC 地址。

其中有一个特殊地址，每一个二进制位都是1，二进制的11111111转换为十六进制是 ff，因此这个地址是 ff:ff:ff:ff:ff:ff

这个地址被称为广播地址，广播地址可以代替任意一个网卡，因此发送到广播地址的信息就会发送到所在网络的所有网卡上。

以太网协议

为了使连接到网络上的机器能够相互交流，需要定义一种语言，也称之为协议，第二层使用的就是以太网协议，协议定义了信息的传输格式，术语称为帧或者数据帧。

一个以太网帧的格式如下

DST 是 destination 的缩写，表示接收方。

SRC 是 source 的缩写，表示发送方。

应用在发送信息的时候，osi从上到下穿越，第三层会告诉第二层第三层应用了什么协议，并封装在以太网帧中，在接收信息的时候，osi从下到上穿越，接收方在接收数据校验 MAC 目标地址后，如果是自己的地址，就可以将信息发送到第三层对应的协议。

CRC 是一个用于校验错误的数值，发送方和接收方都会使用某个公式计算被传输信息的一个 CRC 值，如果两个CRC一致，则说明发送帧和接收帧是一样的，验证发送过程中没有出错。如果不一致，则说明发送帧和接收帧不一样，说明发送过程中有出错，接收方可要求发送方重新发送。

交换机

交换机是外观上拥有多个RJ45接口的盒子，是一个能够互联多个机器的设备。

类似于第一层中的集线器，但是比集线器强大很多，因为交换机可以隔离对话，它的内存中有一个 CAM 表。这个表将交换机中的每一个 RJ45 接口与一个 MAC 地址相关联，交换机就是依据这个表里的对应关系和帧里面包含的目标地址，将数据帧发送到正确的机器上。

CAM 表是以动态方式构建的，当交换机读取一个流经的帧的时候，都会去扩充 CAM 表里的内容或更新已有内容。

当 CAM 表在刚开始构建的时候，交换机如果找不到此帧中的目标 MAC 地址，那么它就会把这个帧发送给除了帧来源以外的所有机器，这样目标机器收到这个帧的时候，看到 MAC 地址是自己的就会接收这个帧，同时向发送帧的机器回复一个信息，这样 CAM 表就会被更新。

交换机带来的变革

之前总线拓扑上需要用到 CSMA/CD 协议去解决冲突，在交换机上这种冲突就不会存在了，交换机使用双绞线链接设备，双绞线中使用不同的线进行接收信息和发送信息，因此不会产生这种冲突。（集线器也能使用双绞线，但集线器是以半双工的模式工作）

如果有多台机器向同一台机器发送信息，则多条信息都会到达这台机器的接收线上，因为交换机拥有内存，当它接收到多个帧时，可以将其储存在内存中，当目标机器连接的双绞线传输对空闲的时候再转发该帧。

因此，在没有交换机之前，机器发送信息必须监听，确定网络是空闲的时候才能发送帧，而交换机出现后，可以确保不发生冲突，机器想发送帧的时候就能发送。

三种通信方式

在交换机上，网卡是以全双工的方式运作。在集线器上使用 CSMA/CD 协议通信，网卡是以半双工方式运作，还有一种方式叫单工。

单工：数据传输是单向的，一方固定为发送端，一方固定为接收端，帧只能沿一个方向传输，类似于汽车单行道。

半双工：数据传输是双向的，但是不能同时进行，无线对讲机就是一种半双工设备。

全双工：数据传输是双向的并且能够同时进行，类似于汽车双向车道。

总的来说，集线器无法配置，总是以总线拓扑半双工的方式运作，需要配合 CSMA/CD 协议才能很好的工作，如果把集线器与交换机相连，那么交换机连接集线器所在的端口将以半双工的方式来运作，其他端口则维持全双工。

VLAN虚拟局域网

交换机可以将端口分割到不同的网络中，就好像有多个交换机一样，属于同一网络中的机器通信不受影响，但这些被分割开的端口就不能再相互通信了。

这种技术可以方便管理有多种人群的网络，同时也不用购买多个交换机

交换机环路

如果在一个网络中将帧发送到目标机器有两种路径，那么这就会形成一个交换机环路。这会使得帧被发送到目标机器两次，在发送广播帧的情况下会更加严重，广播帧在两个路径上发送再沿着两个路径返回，这会导致交换机很快就饱和导致网络崩溃，这种现象也被称为广播现象。

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