1 二層轉發(fā)基礎
這里的二層指的是計算機網(wǎng)絡七層模型中的二層，從第一層到第7層分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、會話層、表示層和應用層。還有一種說法是4層（或者是5層）網(wǎng)絡模型，分別是數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層和應用層，如果按照5層的說法還要加上物理層。這里的二層指的是數(shù)據(jù)鏈路層。
1.1 以太網(wǎng)基礎
以太網(wǎng)沖突檢測
CSMA/CD：載波偵聽與沖突檢測，主機在發(fā)送數(shù)據(jù)包時，先檢測線路是否被其他主機占用，確保發(fā)送數(shù)據(jù)包時線路是空閑的；發(fā)現(xiàn)沖突就停止發(fā)送，延遲一個隨機時間之后再繼續(xù)發(fā)送。
mac地址
MAC地址也就是物理地址，大小為48位，6個字節(jié)，前24位是廠商代碼，后24位為序號，比如H3C廠商代碼為00-0f-e2。
- 單播地址：第一個字節(jié)最低位為0，如 00-0f-e2-00-00-06
- 多播地址：第一個字節(jié)最低位為1，如 01-0f-e2-00-00-06
- 廣播地址：48位全為1，如ff-ff-ff-ff-ff-ff
以太幀格式
前兩個字段分別是目的地址和源地址字段。第3個字段是2字節(jié)的類型字段，用來標識上一層是什么協(xié)議(0x800：IP協(xié)議，0x0806：ARP協(xié)議等)。第4個字段是數(shù)據(jù)字段，長度在46-1500字節(jié)之間。最后一個字段是CRC檢驗字段，存放4字節(jié)的幀檢測序列FCS。校驗范圍是目的地址、源地址、類型、數(shù)據(jù)字段。
MAC幀長度最小為64字節(jié)，數(shù)據(jù)字段最小為46字節(jié)，如果不夠，則自動加0填充。
MAC幀格式中，其首部并沒有幀長度字段，那么MAC層怎么知道接收到的以太網(wǎng)幀中取出多少字節(jié)數(shù)據(jù)交付上一層協(xié)議呢？我們知道，以太網(wǎng)幀使用的曼切斯特編碼，這種編碼的一個重要特點就是：在曼切斯特編碼的每一個碼元（不管碼元是1還是0）的正中間有一次電壓轉換（從高到低或從低到高）。當發(fā)送方把一個以太網(wǎng)幀發(fā)送完畢后，就不再發(fā)送其他碼元了，一次，發(fā)送發(fā)網(wǎng)絡適配器接口上電壓也就不再變化，這樣接收方就很容易找到以太網(wǎng)的結束位置。
802.3幀格式
以太幀和802.3幀如何區(qū)別
802.3定義的有效長度值與以太網(wǎng)的有效類型無一相同，這樣就可以區(qū)分了。
MAC最小長度為什么是64字節(jié)
以太網(wǎng)采用CSMA/DA沖突檢測算法，一個主機發(fā)送一個數(shù)據(jù)包后最多經(jīng)過一個征用時間就會知道該數(shù)據(jù)包是否收到了碰撞，以太網(wǎng)以51.2us作為征用時間，對于10M以太網(wǎng)，在征用時間時間內可以發(fā)送512 bit數(shù)據(jù)，也就是64字節(jié)。這64字節(jié)出去以太幀首部以及檢驗和字段的長度共16字節(jié)，也就剩下46字節(jié)，也就是以太幀數(shù)據(jù)域的最小長度了。
沖突域和廣播域
- 沖突網(wǎng)絡（沖突域）：連接在同一個到導線上的所有工作站點集合，一個節(jié)點發(fā)出的報文其余節(jié)點都能收到，從而產(chǎn)生沖突。
- 廣播網(wǎng)絡（廣播域）：限制以太網(wǎng)廣播報文的范圍，一個站點發(fā)送一個廣播報文其余站點都可以收到。
一般來說，廣播網(wǎng)絡定義了第三層網(wǎng)絡，如IP子網(wǎng)等，VLAN簡單來說就是一個廣播域。
HUB設備
HUB設備也就是咱們常說的集線器，HUB對所有連接的LAN制作信號的中繼，也就是當信號衰減時，再重新修正信號重新發(fā)送。連接在集線器上的所有設備構成了一個沖突域和廣播域，這樣在主機數(shù)目比較多時就會產(chǎn)生沖突泛濫和廣播嚴重問題。
2 二層轉發(fā)原理
二層轉發(fā)流程
- 提取數(shù)據(jù)報的源MAC地址，查詢MAC轉發(fā)表（也就是L2FDB），如果找到就直接發(fā)送到對應端口。
- 對于表中不包含的地址，通過廣播發(fā)送，也就是發(fā)送到所有端口。
- 使用地址自動學習（根據(jù)源MAC地址學習）和老化機制（定時機制）來維護MAC轉發(fā)表的信息，二層轉發(fā)一般不會更改數(shù)據(jù)包內容。
引入VLAN
雖然交換機解決了沖突域的問題，但是還是存在廣播域問題，這里就應用到了VLAN，也就是在二層交換機上引入VLAN機制。
VLAN機制可以使處在相同VLAN下的主機任意通信（二層交換），不同VLAN主機通信完全隔離，如需通信需通過三層交換，阻斷廣播包，減小廣播域，提供了網(wǎng)絡安全性。VLAN簡單來說就是一個廣播域，可以跨越多個物理設備構成一個VLAN，這樣網(wǎng)絡構建和維護更加方便。
VLAN的劃分方法可以根據(jù)交換機端口來劃分，根據(jù)MAC地址來劃分，根據(jù)網(wǎng)絡層（IP地址、IP子網(wǎng)）來劃分，根據(jù)IP組播劃分等。
VLAN協(xié)議格式
- TPID：協(xié)議標志，通常是0x8100
- Priority：優(yōu)先級
- CFI：規(guī)范指示為，總設為0
- VLAN ID：VLAN號
VLAN端口
VLAN基于端口劃分可以分為種類端口類型：access、trunk、hybird。
- Access類型的端口只能屬于1個VLAN，一般用于連接計算機的端口
- Trunk類型的端口可以允許多個VLAN通過，可以接收和發(fā)送多個VLAN的報文，一般用于交換機之間連接的端口
- Hybrid類型的端口可以允許多個VLAN通過，可以接收和發(fā)送多個VLAN的報文，可以用于交換機之間連接，也可以用于連接用戶的計算機
Hybrid端口和Trunk端口在接收數(shù)據(jù)時，處理方法是一樣的，唯一不同之處在于發(fā)送數(shù)據(jù)時：Hybrid端口可以允許多個VLAN的報文發(fā)送時不打標簽，而Trunk端口只允許缺省VLAN的報文發(fā)送時不打標簽。
VLAN下交換機接口出入數(shù)據(jù)處理過程
1）Acess端口收報文：收到一個報文，判斷是否有VLAN信息：如果沒有則打上端口的PVID，并進行交換轉發(fā)，如果有則直接丟棄（缺省）
2）Acess端口發(fā)報文：將報文的VLAN信息剝離，直接發(fā)送出去
3）trunk端口收報文：收到一個報文，判斷是否有VLAN信息：如果沒有則打上端口的PVID，并進行交換轉發(fā)，如果有判斷該trunk端口是否允許該VLAN的數(shù)據(jù)進入：如果可以則轉發(fā)，否則丟棄
4）trunk端口發(fā)報文：比較端口的PVID和將要發(fā)送報文的VLAN信息，如果兩者相等則剝離VLAN信息，再發(fā)送，如果不相等則直接發(fā)送
5）hybrid端口收報文：收到一個報文，判斷是否有VLAN信息，如果沒有則打上端口的PVID，并進行交換轉發(fā)，如果有則判斷該hybrid端口是否允許該VLAN的數(shù)據(jù)進入；如果可以則轉發(fā)，否則丟棄（此時端口上的untag配置是不用考慮的，untag配置只對發(fā)送報文時起作用）
6）hybrid端口發(fā)報文：1.判斷該VLAN在本端口的屬性（disp interface 即可看到該端口對哪些VLAN是untag， 哪些VLAN是tag）；2.如果是untag則剝離VLAN信息，再發(fā)送，如果是tag則直接發(fā)送
3 VLAN下的二層轉發(fā)流程
支持VLAN的交換機，MAC地址學習方式分為2中：獨立式（IVL）和共享式（SVL），對應的L2FDB表項內容有VLAN ID、MAC地址和所在端口。
- 根據(jù)目的地址查MAC轉發(fā)表（L2FDB）處理轉發(fā)
- -獨立式：根據(jù)VLAN ID查找轉發(fā)表，找出相同VLAN ID的轉發(fā)表項范圍，在這些表項中找出MAC地址相匹配的出端口。
- -共享式：根據(jù)目的地址查轉發(fā)表，找到對應的出接口，判斷出接口的VLAN ID和報文中的VLAN ID是否一致，若匹配則通過該端口轉發(fā)報文，否則丟棄。
- 對于轉發(fā)表中不包含的地址，通過廣播方式轉發(fā)
- -獨立式：查找不到目的MAC，則在該VLAN下的所有端口進行廣播
- -分享式：查找不到目的MAC，然后判斷報文中的VLAN ID和端口的VLAN ID是否匹配，若匹配則在該VLAN中廣播，否則丟棄。
- MAC轉發(fā)表的源地址學習
- -獨立式：以源MAC地址和VLAN創(chuàng)建表項，故存在MAC地址相同，VLAN ID不同的表項。
- -共享式：以源MAC地址創(chuàng)建表項，若MAC轉發(fā)表中存在MAC地址相同的表項，則覆蓋原有表項。
