跳到主要内容

链路层

数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输帧。本节介绍该层的地址寻址、介质访问控制、交换设备以及 ARP 与 VLAN 等关键概念。

MAC 地址​

MAC(Media Access Control)地址是网卡出厂时固化的 48 位(6 字节)标识符,通常写作 xx:xx:xx:xx:xx:xx 的十六进制形式。前 24 位是 OUI(厂商代码),由 IEEE 分配;后 24 位由厂商自行编号,理论上全球唯一。

MAC 地址工作在链路层,仅在同一个局域网(LAN)内用于帧的寻址,不能跨路由器使用。

以太网与 CSMA/CD​

经典以太网采用共享介质,使用 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)机制:

  1. 载波监听:发送前先侦听信道是否空闲。
  2. 多路访问:多个站点共享同一信道。
  3. 冲突检测:发送时若检测到电压异常,立即停止并发送 jam 信号。
  4. 退避重传:等待一段随机时间(指数退避)后重试。

现代交换式以太网已全双工化,CSMA/CD 基本退出历史舞台。

交换机转发原理​

交换机维护一张 MAC 地址表,记录 MAC 地址 → 端口 的映射。收到帧后:

  • 若目标 MAC 在表中,则只转发到对应端口(单播)。
  • 若目标 MAC 不在表中,则向除接收端口外的所有端口泛洪(flood)。
  • 若目标 MAC 与源 MAC 相同,则丢弃。

地址表通过自学习(读取源 MAC)动态更新,并具有老化时间。

ARP 协议​

ARP(Address Resolution Protocol)用于将 IP 地址 解析为 MAC 地址,工作在网络层与链路层之间。流程如下:

  1. 主机广播 ARP 请求:Who has 192.168.1.1? Tell 192.168.1.2。
  2. 拥有该 IP 的主机单播 ARP 响应:192.168.1.1 is at AA:BB:CC:DD:EE:FF。
  3. 双方将映射缓存到 ARP 表中(通常几分钟过期)。

RARP 则是反向过程,由 MAC 查找 IP,目前已被 BOOTP、DHCP 取代。

VLAN 简介​

VLAN(Virtual LAN)通过在交换机上打 802.1Q 标签,将一个物理交换机划分为多个逻辑广播域。VLAN 的好处包括:

  • 隔离广播域,减少无谓流量。
  • 增强安全性,不同 VLAN 默认不能直接互通。
  • 灵活划分网络,不再受物理布线限制。

跨交换机的 VLAN 需使用 Trunk 链路(携带标签),连接终端使用 Access 链路(不带标签)。