《计算机网络（第七版）-谢希仁》重点知识 - 数据链路层
数据链路层
根据B站视频《计算机网络（谢希仁第七版）-方老师》上课整理
- 数据链路层
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- 点对点信道
- 三个问题
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- 1、封装成帧（framing）
- 2、透明传输
- 3、差错控制
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- 循环冗余检验（重点）
- 点对点协议PPP
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- 协议的组成
- 协议的帧格式
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- 各字段的意义
- 透明传输问题
- 协议的工作状态
- 广播信道
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- 局域网
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- 以太网（属于随机接入）
- 适配器
- CSMD/CD协议（重要）
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- 碰撞检测
- 争用期
- 重要特性
- 二进制指数类型退避算法
- 强化碰撞
- 协议的要点
- 使用集线器的星形拓扑
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- 集线器的特点
- 以太网的信道利用率
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- 信道利用率最大值S~max~
- 以太网的MAC层
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- MAC层的硬件地址
- MAC帧的格式
- 扩展以太网
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- 物理层扩展以太网
- 数据链路层扩展以太网
- 虚拟局域网VLAN（Virtual LAN）
- 高速以太网
属于计算机网络的底层，使用的信道主要有两种类型:
- 点对点信道。使用一对一的点对点通信方式
- 广播信道。使用一对多的广播通信方式，过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送
点对点信道
- 链路 (link) 是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点
- 一条链路只是一条通路的一个组成部分
- 数据链路 (data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路
- 现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件
- 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能
数据链路层传输的帧——协议数据单元
注意：数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节。甚至还可以更简单地设想好像是沿着两个数据链路层之间的水平方向把帧直接发送到对方
三个问题
数据链路层协议有许多种，但是这个三个基本问题是共同的
1、封装成帧（framing）
在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后构成一个帧，确定帧的界限（帧定界）
帧定界符
当数据是由可打印的 ASCII 码组成的文本文件时，帧定界可以使用特殊的帧定界符
控制字符 SOH (Start Of Header) 放在一帧的最前面，表示帧的首部开始。另一个控制字符 EOT (End Of Transmission) 表示帧的结束。
2、透明传输
防止在数据部分有SOH和EOT一样的字符出现 ，不然数据链路层就会错误地“找到帧的边界”
透明的解释：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在，通俗的来说，不管数据是什么样的，都应该没有差错的通过数据链理层
解决方法：
字节填充 (byte stuffing) 或字符填充 (character stuffing)
- 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC” (其十六进制编码是 1B)
- 接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符
- 如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符 ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个
3、差错控制
在传输过程中可能会传输比特差错：1可能会变成0，反之
在一段时间内，传输错误所占传输比特总数比率称为误码率（BER bit error rate）
误码率和信噪比有很大关系，因此为了保障数据的可靠性，在计算机网络传输数据时必须采用各种差错检验措施
循环冗余检验（重点）
在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术
- 假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送
- 用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0
- 得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的长度为 (n + 1) 位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 少 1 位，即 R 是 n 位
- 将余数 R 作为冗余码拼接在数据 M 后面发送出去
帧检验序列FCS
在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS（Frame Check Sequenece）
- 循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS 并不等同
- CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码
- FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法
结果检验
在接受端对收到的每一帧进行CRC检验
- 得出余数等于0，则判定这个帧没有差错，就接受（Accept）
- 若余数不等于0，就有差错，就丢弃
- 不能确定究竟是哪一个比特出了差错，只要经过了严格的挑选，使用足够的除数P，那么检测不到的差错就很小。
点对点协议PPP
特点：
在点对点链路，使用最广泛的数据链路层协议是点对点协议PPP（Point-to-Point）
协议应该满足的需求
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简单 —— 这是首要的要求
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封装成帧 —— 必须规定特殊的字符作为帧定界符
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透明性 —— 必须保证数据传输的透明性
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多种网络层协议 —— 能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议
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多种类型链路 —— 能够在多种类型的链路上运行
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差错检测 —— 能够对接收端收到的帧进行检测，并立即丢弃有差错的帧
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检测连接状态 —— 能够及时自动检测出链路是否处于正常工作状态
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最大传送单元 —— 必须对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元 MTU 的标准默认值，促进各种实现之间的互操作性
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网络层地址协商 —— 必须提供一种机制使通信的两个网络层实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址
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数据压缩协商 —— 必须提供一种方法来协商使用数据压缩算法
不需要的功能
- 纠错
- 流量控制
- 序号
- 多点线路
- 半双工或单工链路
PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下的考虑：
在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的 PPP 协议较为合理。
在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。
帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受。
协议的组成
三个组成部分
- 将IP数据报封装到串行链路的方法
- 链路控制协议LCP（Link Control Protocol）
- 网络控制协议NCP（Network Contro Protocol）
协议的帧格式
各字段的意义
- PPP帧的首部和尾部分别为4个字段和2个字段
- 标志字段F（flag） = 0x7E（十六进制表示 01111110） -----表示一个帧的开始或结束即是定界符
- 地址字段A只设置为0xFF，实际上没有什么卵用
- 控制字段C通常是0x03，目前没有携带ppp协议的信息
- PPP的面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节
透明传输问题
当PPP用在同步传输链路（SONET/SDH链路）时，即一连串的比特连续传送，协议规定采用硬件完成比特填充：
- 在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0
- 接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除
在异步传输时，将使用一种特殊的字符填充法
- 若信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列 (0x7D, 0x5E)
- 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列 (0x7D, 0x5D)
- 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变
协议的工作状态
- 当用户拨号接入 ISP（Internet Service Provider，互联网服务提供商） 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接
- PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）
- 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，并进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC 机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机
- 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接
- 可见，PPP 协议已不是纯粹的数据链路层的协议，它还包含了物理层和网络层的内容
广播信道
局域网
特点：
- 网络为一个单位所拥有
- 地理范围和站点数目均有限
优点：
- 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源
- 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变
- 提高了系统的可靠性、可用性和残存性
结构：
媒体共享技术：
- 静态划分信道（之前讲过）
- 频分复用
- 时分复用
- 波分复用
- 码分复用
- 动态媒体接入控制（多点接入）
- 随机接入：用户可随机地发送信息，如果同时发送信息。即是发生碰撞，双方发送失败
- 受控接入 ：如多点线路探询 (polling)，或轮询。
以太网（属于随机接入）
以太网提供的服务是不可靠交付，即尽最大努力的交付，收到有差错就丢弃此帧，差错纠正由高层来决定
发送的数据都是用曼切斯特（Manchester）编码（ 缺点：所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍）
以太网的的两个标准
- DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约
- IEEE 802.3 是第一个 IEEE 的以太网标准
- DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”
- 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网
以太网的两个子层
- 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层
- 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层
- 与接入到传输媒体有关的内容都放在mac子层，与LLC无关
一般不考虑LLC子层
由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。
很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
适配器
与局域网的连接设备
网络接口板又称为通信适配器 (adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。
适配器的重要功能：
- 进行串行/并行转换
- 对数据进行缓存
- 在计算机的操作系统安装设备驱动程序
- 实现以太网协议
CSMD/CD协议（重要）
载波监听多点接入/碰撞检测（Carrier Sense Multiple Access with Colloision Detection）
- “多点接入” 表示多个计算机以多点接入的方式连接在一根总线上
- ”载波监听“ 指在发送数据之前要检测是否有其他的计算机在发送数据，防止碰撞
- ”碰撞检测“ 边发数据边检测信道上的信号电压大小，当信号电压的阈值超过一定的门限值时，就会认为总线上有两个站同时在发送数据，表明发送了碰撞
- 检测到碰撞后：信号产生了严重的失真，无法从中回复有用的信息，因此立即的停止发送，等待一段随机时间后再次发送，避免浪费网络资源
碰撞检测
为什么要进行碰撞检测？
- 由于电磁波在总线上的传播速率是有限的，当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的
- A 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B
- B 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧 (因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必然要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞
- 碰撞的结果是两个帧都变得无用
- 所以需要在发送期间进行碰撞检测，以检测冲突
信号传播时延对载波监听的影响
在上述碰撞过程中，对于A来说，只有当收到碰撞后的B传的数据，才会检测到了冲突，因此检测冲突的最大时间为传播时延的2倍（t ->0）
争用期
最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2t （两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。
以太网的端到端往返时延 2t 称为争用期，或碰撞窗口。
经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。
以太网规定了一个最短帧长64字节（凡是小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧），即是512bit，对于10Mbit/s的以太网来说，发送512bit的时间所需51.2微秒，也就是争用期。
重要特性
从上述发送数据中可以看出以下特性：
- 只能双向交替通信（半双工通信），不能同时的发送和接收
- 在发送数据后的一小段时间内，存在遭遇碰撞的可能性
- 发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于最高数据率
二进制指数类型退避算法
发送碰撞的站在停止发送数据后，要推迟一个随机时间才能发送数据
- 基本退避时间取为争用期 2t
- 从整数集合 [0, 1, … , (2k -1)] 中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间
- 参数 k 按下面的公式计算：
- k = Min[重传次数, 10]
- 当 k <=10 时，参数 k 等于重传次数。
- 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。
强化碰撞
当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：
- 立即停止发送数据；
- 再继续发送若干比特的人为干扰信号 (jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。
协议的要点
- 准备发送。但在发送之前，必须先检测信道。
- 检测信道。若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道空闲，并在 96 比特时间（以太网规定的：帧间最小间隔为9.6微秒）内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。
- 检查碰撞。在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。这里只有两种可能性：
- 发送成功：在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧肯定能够发送成功。发送完毕后，其他什么也不做。然后回到 准备发送阶段。
- 发送失败： 在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法，等待 r 倍 512 比特时间后，返回到步骤 2，继续检测信道。但若重传达 16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错。
使用集线器的星形拓扑
采用双绞线的以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器 (hub)
1990年，IEEE 制定的星形双绞线以太网 10BASE-T，是局域网发展史上的一个里程碑。
特点：
- 使用无屏蔽双绞线，采用星形拓扑
- 每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收
- 双绞线的两端使用 RJ-45 插头
- 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此集线器的可靠性提高
- 10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m
集线器的特点
- 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行
- 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线(没有减少碰撞，变成了一个大的碰撞域)
- 集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层
- 集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消，减少了近端串音
具有三个接口的集线器：
以太网的信道利用率
当发生碰撞时，当扣除碰撞所造成的信道损失后，以太网总的信道利用率并不能达到100%
一个站在发送帧时出现了碰撞。经过一个争用期 2t后，可能又出现了碰撞。这样经过若干个争用期后，一个站发送成功了。假定发送帧需要的时间是 T0。
注意到，成功发送一个帧需要占用信道的时间是 T0 + t，比这个帧的发送时间要多一个单程端到端时延t。这是因为当一个站发送完最后一个比特时，这个比特还要在以太网上传播。在最极端的情况下，发送站在传输媒体的一端，而比特在媒体上传输到另一端所需的时间是 t。
参数α，是以太网单程端到时延t与帧的发送时间T0之比：
因此提高利用率需要α尽可能小
对以太网参数 α 的要求是：
- 当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则 t 的数值会太大
- 以太网的帧长不能太短，否则 T0 的值会太小，使 α 值太大
信道利用率最大值Smax
发送一帧占用线路的时间是 T0+ t，而帧本身的发送时间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率 Smax 为：
- 只有当参数α远小于 1 才能得到尽可能高的极限信道利用率
- 据统计，当以太网的利用率达到 30%时就已经处于重载的情况。很多的网络容量被网上的碰撞消耗掉了
以太网的MAC层
MAC层的硬件地址
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。
- IEEE 802 标准规定 MAC 地址字段可采用 6 字节 ( 48位) 或 2 字节 ( 16 位) 这两种中的一种
- IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段 6 个字节中的前三个字节 (即高位 24 位)，称为组织唯一标识符
- 地址字段 6 个字节中的后三个字节 (即低位 24 位) 由厂家自行指派，称为扩展唯一标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址
- 一个地址块可以生成 224 个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48，它的通用名称是 EUI-48
- 生产适配器时，6 字节的 MAC 地址已被固化在适配器的 ROM，因此，MAC 地址也叫做硬件地址 (hardware address)或物理地址
- “MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符 EUI-48
IEEE 规定地址字段的第一字节的最低位为 I/G 位。I/G 表示 Individual / Group。
- 当 I/G位 = 0 时，地址字段表示一个单站地址
- 当 I/G位 = 1 时，表示组地址，用来进行多播（以前曾译为组播）。此时，IEEE 只分配地址字段前三个字节中的 23 位。
IEEE 把地址字段第一字节的最低第 2 位规定为 G/L 位，表示 Global / Local。
- 当 G/L位 = 0 时，是全球管理（保证在全球没有相同的地址），厂商向IEEE购买的 OUI 都属于全球管理
- 当 G/L位 = 1 时， 是本地管理，这时用户可任意分配网络上的地址。
适配器检测MAC地址
- 适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址
- 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。
- 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。
- “发往本站的帧”包括以下三种帧：
- 单播 (unicast) 帧（一对一）
- 广播 (broadcast) 帧（一对全体）
- 多播 (multicast) 帧（一对多）
- 所有的适配器都至少能够识别前两种帧，即能够识别单播地址和广播地址
- 有的适配器可用编程方法识别多播地址
- 只有目的地址才能使用广播地址和多播地址
- 以混杂方式 (promiscuous mode) 工作的以太网适配器只要“听到”有帧在以太网上传输就都接收下来
MAC帧的格式
常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准 ：
- DIX Ethernet V2 标准
- IEEE 的 802.3 标准
最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。
数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段。最小长度 64 字节 -18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度（46字节）
FCS（帧检验序列） 当传输媒体的误码率为 1×1-8 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 1×10-14。
插入的8字节，第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段 1 个字节是帧开始定界符，表示后面的信息就是 MAC 帧。
注意
当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节
无效Mac帧
- 数据字段的长度与长度字段的值不一致
- 帧的长度不是整数个字节
- 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错
- 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间
- 有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间
帧的最小间隔
帧间最小间隔为 9.6 微秒，相当于 96 bit 的发送时间。
一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 微秒才能再次发送数据。
这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。
扩展以太网
物理层扩展以太网
使用集线器
- 使用多个集线器可连成更大的、多级星形结构的以太网。
- 例如，一个学院的三个系各有一个 10BASE-T 以太网，可通过一个主干集线器把各系的以太网连接起来，成为一个更大的以太网。
优点
- 使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信
- 扩大了以太网覆盖的地理范围
缺点
- 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高
- 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来
使用光纤
- 主机使用光纤（通常是一对光纤）和一对光纤调制解调器连接到集线器
- 很容易使主机和几公里以外的集线器相连接
数据链路层扩展以太网
扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行，早期使用网桥，现在使用以太网交换机
- 网桥工作在数据链路层
- 它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤
- 当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或把它丢弃。
- 1990 年问世的交换式集线器 (switching hub) 可明显地提高以太网的性能
- 交换式集线器常称为以太网交换机 (switch) 或第二层交换机 (L2 switch)，强调这种交换机工作在数据链路层。
交换机的特点：
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以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥
- 通常都有十几个或更多的接口
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每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式
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以太网交换机具有并行性
- 能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信
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相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据
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以太网交换机的接口有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存
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以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表（又称为地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的
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以太网交换机使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多。
交换机的优点
- 用户独享带宽，增加了总容量
- 对于普通 10 Mbit/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽 (10 Mbit/s)的 N 分之一
- 使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mbit/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 个接口的交换机的总容量为 N×10 Mbit/s
- 从共享总线以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件和硬件、适配器等都不需要做任何改动
- 以太网交换机一般都具有多种速率的接口，方便了各种不同情况的用户
交换机的交换方式
- 存储转发方式
- 把整个数据帧先缓存后再进行处理
- 直通 (cut-through) 方式
- 接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度
- 缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。
在某些情况下，仍需要采用基于软件的存储转发方式进行交换，例如，当需要进行线路速率匹配、协议转换或差错检测时
交换机的自学习功能
以太网交换机运行自学习算法自动维护交换表，开始时，以太网交换机里面的交换表是空的。
学习算法与建立交换表流程
A->B
- A 先向 B 发送一帧，从接口 1 进入到交换机
- 交换机收到帧后，先查找交换表，没有查到应从哪个接口转发这个帧
- 交换机把这个帧的源地址 A 和接口 1 写入交换表中，并向除接口1以外的所有的接口广播这个帧
- C 和 D 将丢弃这个帧，因为目的地址不对。只 B 才收下这个目的地址正确的帧。这也称为过滤
- 从新写入交换表的项目 (A, 1) 可以看出，以后不管从哪一个接口收到帧，只要其目的地址是A，就应当把收到的帧从接口1转发出去
B->A
- B 通过接口 3 向 A 发送一帧
- 交换机查找交换表，发现交换表中的 MAC 地址有 A。表明要发送给A的帧（即目的地址为 A 的帧）应从接口1转发。于是就把这个帧传送到接口 1 转发给 A
- 显然，现在已经没有必要再广播收到的帧
- 交换表这时新增加的项目 (B, 3)，表明今后如有发送给 B 的帧，就应当从接口 3 转发出去
- 经过一段时间后，只要主机 C 和 D 也向其他主机发送帧，以太网交换机中的交换表就会把转发到 或 D 应当经过的接口号（2 或 4）写入到交换表中
考虑到可能有时要在交换机的接口更换主机，或者主机要更换其网络适配器，这就需要更改交换表中的项目。为此，在交换表中每个项目都设有一定的有效时间。过期的项目就自动被删除 。
以太网交换机的这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用，不必人工进行配置，因此非常方便。
生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）
我们知道，当交换机在地址表里没有找到要转发的地址，那么就会广播这个帧，如果两个交换机两个接口相互连接，在自学习的过程中，可能会导致以太网帧在某个环路中无限制的兜圈子。
按交换机自学习和转发方法，该帧的某个走向如下：离开交换机 #1 的接口 3 → 交换机 #2 的接口 1 → 接口 2 → 交换机 #1 的接口 4 → 接口 3 → 交换机 #2 的接口 1 →……。这样就无限制地循环兜圈子下去，白白消耗了网络资源。
IEEE 802.1D 标准制定了一个生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol)。
其要点是：不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象。
虚拟局域网VLAN（Virtual LAN）
虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个 VLAN。
虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需的 资源。
10 台计算机划分为三个虚拟局域网：VLAN1, VLAN2 和 VLAN3
当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。
B1 发送数据时，工作站 A1，A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。
虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。
虚拟局域网的以太网帧格式
IEEE 批准了 802.3ac 标准，该标准定义了以太网的帧格式的扩展，以支持虚拟局域网
虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为 VLAN 标记 (tag)，用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网，插入 VLAN 标记得出的帧称为 802.1Q 帧 或 带标记的以太网帧
高速以太网
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