MAC層是用來解決多路訪問的堵車問題的，ARP通過在局域網(wǎng)大吼一聲的方式來尋找目標MAC地址粤咪。交換機有MAC地址學習能力鲤遥。
1. MAC層
在物理層中沐寺，我們引入了Hub，集線器盖奈，這種設(shè)備可以將多個終端連起來混坞，但是它會把所有自己收到的信息都復制到其他端口當中。
需要在數(shù)據(jù)鏈路層解決的問題有：
- 包的發(fā)送方和接收方
- 多個包發(fā)送的時候的先后順序的問題
- 發(fā)生錯誤了怎么辦
這些問題都是在數(shù)據(jù)鏈路層钢坦，也即MAC層(Medium Access Control)究孕，要解決的問題.
做媒體訪問控制，控制在往媒體上發(fā)數(shù)據(jù)的時候爹凹，誰先發(fā)誰后發(fā)的問題厨诸，防止發(fā)生混亂『探矗—— 多路訪問規(guī)則
下面針對三個問題的解決進行詳細分析
1.1 包的發(fā)送方接收方的確認
1.1.1 知道目標和源MAC地址時
用物理地址微酬，——鏈路層地址，常被稱為MAC地址
1.1.2 只知道目標IP地址時 —— ARP協(xié)議
ARP協(xié)議颤陶，是已知IP地址颗管，求MAC地址的協(xié)議。
在一個局域網(wǎng)內(nèi)滓走，知道IP忙上，想獲得對應的MAC，就是在局域網(wǎng)中大吼一聲闲坎， 看回應疫粥，hhhh
具體詢問和回答的報文如下所示：
1.2 多路訪問原則
- 信道劃分：分成多個車道茬斧，各走各的
- 輪流協(xié)議：單雙號限行
- 隨機接入?yún)f(xié)議：錯峰
1.3 錯誤處理 —— 循環(huán)冗余檢測
看圖1，整個數(shù)據(jù)包的最后四字節(jié)叫做CRC梗逮，這里是通過XOR算法計算整個包是否在發(fā)送的過程中出現(xiàn)了錯誤
2.交換機
交換機比起集線器项秉，有了記憶功能。通過學習得到對應的MAC地址慷彤。
一臺 MAC1 電腦將一個包發(fā)送給另一臺 MAC2 電腦娄蔼，當這個包到達交換機的時候，一開始交換機也不知道 MAC2 的電腦在哪個口底哗，所以沒辦法岁诉，它只能將包轉(zhuǎn)發(fā)給除了來的那個口之外的其他所有的口。但是跋选，這個時候涕癣，交換機會干一件非常聰明的事情，就是交換機會記住前标，MAC1 是來自一個明確的口坠韩。以后有包的目的地址是 MAC1 的，直接發(fā)送到這個口就可以了炼列。
當交換機作為一個關(guān)卡一樣只搁，過了一段時間之后，就有了整個網(wǎng)絡的一個結(jié)構(gòu)了俭尖，這個時候氢惋，基本上不用廣播了，全部可以準確轉(zhuǎn)發(fā)稽犁。當然明肮，每個機器的 IP 地址會變，所在的口也會變缭付，因而交換機上的學習的結(jié)果，我們稱為轉(zhuǎn)發(fā)表循未。轉(zhuǎn)發(fā)表是有過期時間的陷猫。
2.1 辦公室場景下的交換機使用
可能有上百個網(wǎng)口需要聯(lián)網(wǎng)，因此需要多個交換機的妖，形成了一個稍微復雜一些的拓撲結(jié)構(gòu)绣檬。
先看看兩臺交換機的情形。兩臺交換機連接著三個局域網(wǎng)嫂粟，每個局域網(wǎng)上都有多臺機器娇未。如果機器 1 只知道機器 4 的 IP 地址，當它想要訪問機器 4星虹，把包發(fā)出去的時候零抬，它必須要知道機器 4 的 MAC 地址镊讼。
于是機器 1 發(fā)起廣播，機器 2 收到這個廣播平夜，但是這不是找它的蝶棋，所以沒它什么事。交換機 A 一開始是不知道任何拓撲信息的忽妒，在它收到這個廣播后玩裙，采取的策略是，除了廣播包來的方向外段直，它還要轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有的網(wǎng)口吃溅。于是機器 3 也收到廣播信息了，但是這和它也沒什么關(guān)系鸯檬。
當然决侈，交換機 B 也是能夠收到廣播信息的，但是這時候它也是不知道任何拓撲信息的京闰，因而也是進行廣播的策略颜及，將包轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)三。這個時候蹂楣，機器 4 和機器 5 都收到了廣播信息俏站。機器 4 主動響應說，這是找我的痊土，這是我的 MAC 地址肄扎。于是一個 ARP 請求就成功完成了。
在上面的過程中赁酝，交換機 A 和交換機 B 都是能夠?qū)W習到這樣的信息：機器 1 是在左邊這個網(wǎng)口的犯祠。當了解到這些拓撲信息之后，情況就好轉(zhuǎn)起來酌呆。當機器 2 要訪問機器 1 的時候衡载，機器 2 并不知道機器 1 的 MAC 地址，所以機器 2 會發(fā)起一個 ARP 請求隙袁。這個廣播消息會到達機器 1痰娱，也同時會到達交換機 A。這個時候交換機 A 已經(jīng)知道機器 1 是不可能在右邊的網(wǎng)口的菩收，所以這個廣播信息就不會廣播到局域網(wǎng)二和局域網(wǎng)三梨睁。
當機器 3 要訪問機器 1 的時候，也需要發(fā)起一個廣播的 ARP 請求娜饵。這個時候交換機 A 和交換機 B 都能夠收到這個廣播請求坡贺。交換機 A 當然知道主機 A 是在左邊這個網(wǎng)口的，所以會把廣播消息轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)一。同時遍坟，交換機 B 收到這個廣播消息之后拳亿，由于它知道機器 1 是不在右邊這個網(wǎng)口的，所以不會將消息廣播到局域網(wǎng)三政鼠。
2.1.1 環(huán)路問題
當整個拓撲結(jié)構(gòu)變復雜了以后风瘦，可能容易出現(xiàn)環(huán)路問題：
我們來想象一下機器 1 訪問機器 2 的過程。一開始公般，機器 1 并不知道機器 2 的 MAC 地址万搔，所以它需要發(fā)起一個 ARP 的廣播。廣播到達機器 2官帘，機器 2 會把 MAC 地址返回來瞬雹，看起來沒有這兩個交換機什么事情。
但是問題來了刽虹，這兩個交換機還是都能夠收到廣播包的酗捌。交換機 A 一開始是不知道機器 2 在哪個局域網(wǎng)的，所以它會把廣播消息放到局域網(wǎng)二涌哲，在局域網(wǎng)二廣播的時候胖缤，交換機 B 右邊這個網(wǎng)口也是能夠收到廣播消息的。交換機 B 會將這個廣播息信息發(fā)送到局域網(wǎng)一阀圾。局域網(wǎng)一的這個廣播消息哪廓，又會到達交換機 A 左邊的這個接口。交換機 A 這個時候還是不知道機器 2 在哪個局域網(wǎng)初烘，于是將廣播包又轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)二涡真。左轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)，好像是個圈哦肾筐。
可能有人會說哆料，當兩臺交換機都能夠逐漸學習到拓撲結(jié)構(gòu)之后，是不是就可以了吗铐？
然而當廣播包從左邊的局域網(wǎng)一廣播的時候东亦，兩個交換機再次刷新三觀，原來機器 1 是在左邊的唬渗，過一會兒典阵，又發(fā)現(xiàn)不對，是在右邊的谣妻，過一會，又發(fā)現(xiàn)不對卒稳，是在左邊的蹋半。
在計算機網(wǎng)絡中，用最小生成樹算法來解決交換機生成環(huán)的問題充坑。簡而言之减江，通過比較交換機之間的能力染突，給他們分不同等級，劃分出一棵樹辈灼。
2.1.2 如何解決廣播問題和安全問題份企？
- 物理隔離
每個部門有自己的交換機，配置單獨的子網(wǎng)
- 虛擬隔離
VLAN巡莹，虛擬局域網(wǎng)司志，一個交換機上會連屬于多個局域網(wǎng)的機器。解決方案是在原來的二層的頭上加一個TAG降宅，里面有一個VLAN ID骂远，一共12位，可以劃分出4096個VLAN
