以太网学习日志
将最近学习的内容进行记录，如果能对你有所启发，那再好不过了，有问题欢迎交流。关键词解析如下，
以太网
以太网帧格式
MAC地址
交换机
VLAN
VLAN的帧结构
FDB
二层转发
网络层
IP地址
子网
VLSM和CIDR
路由
三层转发
以太网
以太网是一种协议格式，编号为802.3。就像Wi-Fi的协议标准为802.11一样，每种协议都有自己的编号。
计算机网络模型有两种，一种是OSI参考模型，这是最标准的。TCP/IP模型是实际使用时候最常见的模型。至底向上为一至五层，以太网即是作用于物理层和数据链路层的协议。
以太网帧格式
以太网帧格式，物理层这部分可以不用理会，主要关注链路层。链路层只要知道自身和目标的物理地址，即可进行通信。
MAC地址
MAC地址即物理地址，表示的是网卡的物理设备地址，可以人为修改。
其中MAC地址的第一字节的最低位为1，表示为组播地址；最低位为0，表示单播地址。单播表示一对一，组播表示一对一组，广播表示一对所有。
交换机
在网络中，两个设备很可能不是直接连接的，需要一些中转设备。作用在二层的中转设备就有网桥。网桥：两个端口，从一端接收数据，进行校验后，从另一端转发出去。
网桥一般只有两个端口，而交换机具有高密度端口，且速率更快。可以说交换机就是多功能网桥。
VLAN
二层交换机在转发报文的时候，是进行直接广播的。当设备较多时候，占有资源也较多。于是有了VLAN（虚拟局域网），即在软件层面对设备进行分组，只接收自己组的报文，不接收其他组的报文。
使用VLAN有两大好处：
1、安全。不属于同一个VLAN端口不能进行通信。可以将不同类别主机划分为不同VLAN端口，保证两者不接触。
2、便捷。当网络中拓扑结构发生变化时候，不需要去拔插端口来进行更换，通过修改VLAN就可以管理组。
VLAN的帧结构
VLAN的帧格式，即在以太网的帧格式中加入了4Bytes，TPID为VLAN的标识，固定为0x8100，VLAN的协议号为802.1Q。TCI中包含了VLAN的优先级和VLAN ID，即区分不同VLAN的端口号。
FDB
有不同的VLAN后，交换机在进行转发报文的时候需要一定的策略。MAC Filter Database，也称为MAC地址表，用于储存报文向哪个端口转发/过滤的决策。在报文转发的时候需要关注三个表项：MAC表、ARP表、路由表。
二层转发
以一个例子来描述二层转发的过程。PC1 ping PC2的流程：
1、PC1先通过目的地址和掩码进行“与”操作，得到PC2与自己在同一个子网内。“10.10.10.2”&“255.255.255.0”==“10.10.10.1”&“255.255.255.0”。
2、PC1要发送到PC2，需要知道PC2的MAC地址，于是PC1以广播的形式发送ARP包。ARP协议即通过IP获取MAC地址的协议。
3、交换机接收到PC1的ARP包，对它进行继续转发广播。同时交换机的MAC表进行更新，因为已经知道PC1和交换机哪个端口对应了，即PC1的MAC+VLAN 10->output：端口1。
4、PC2在广播中收到了ARP包，学习了PC1的MAC地址和IP地址，更新PC2的ARP表，即10.10.10.1<->PC1的MAC。同时PC2对ARP表进行回应，同时放入自己的MAC地址。
5、交换机转发，同时更新MAC表：PC2的MAC+VLAN10->output：端口2。
6、PC1收到PC2的ARP包，就知道PC2的MAC地址了，可以进行通信了。同时更新PC1的ARP表，即10.10.10.2<->PC2的MAC。
网络层
网络层即L3层，主要功能为：提供主机到主机的传输服务，包括寻址和路由。
IP地址
IP地址分类如下，记住A、B、C类即可。A与B类分界线为128；B与C类分界线为192；C与D类分界线为224；D与E类分界线为240。
子网掩码
在A、B、C类中网络号和主机号固定死了，有些时候需要的网络数可能介于两类地址之间，为了不造成IP地址的浪费，于是催生了子网掩码。
举例：IP地址 192.168.100.100
子网掩码：255.255.255.0
则网络地址为：192.168.100.0
处于同一个子网内的地址，网络地址都是一致的。
VLSM和CIDR
VLAM和CIDR都具有对子网掩码重新划分的能力。对一个A类地址10.10.10.1，子网掩码为255.255.240.0。即正常子网掩码为8位，但是现在为20位，这就是网络号向主机号借了12位。子网掩码比原来的长称为VLAM，相对的，子网掩码比原来的短称之为CIDR。
举例：一个企业分配IP地址为128.45.0.0，现需要10个子网，则子网掩码是多少？前10个子网是多少？
解：由于需要10个，最接近的即2^4=16，所以还需要4位子网掩码。而B类自带掩码是16位，所以最终子网掩码为255.255.240.0。
子网从255.255.0000 0000.0、255.255.0001 0000.0、255.255.0010 0000.0、255.255.0011 0000.0一直往后，即255.255.0.0、255.255.16.0、255.255.32.0、255.255.48.0……
路由
在二层转换中，通过交换机进行转发。如果要实现不同VLAN间的通信，则需要路由，路由位于L3层。路由的功能可以由路由器或者三层交换机来实现。路由表即表示这个IP地址发来的数据报应该往哪个方向发。
路由表由3部分组成：D（目标IP）、M（掩码）、N（下一跳位置），路由器B的路由表如下
子网掩码 要达到的网络 下一路由器
255.255.0.0 10.2.0.0 直接投递
255.255.0.0 10.3.0.0 直接投递
255.255.0.0 10.4.0.0 10.3.0.7
三层转发
二层转发只经过交换机、不需要跨VLAN；三层转发需要跨VLAN，必须经过网络层，即通过网关（路由器/三层交换机）来转发。
网关，表示是子网的关卡，子网外的时候要先经过网关才能进入子网，子网内的数据要先经过网关才能出去。
PC1与PC2处于两个不同的子网，PC1要与PC2进行通信需要进行的操作。
简略来写：
1、PC1与子网掩码“与”操作后发现PC2不在同一个子网，于是向PC1的默认网关1.1.1.1发ARP包。
2、PC1和交换机连通后，PC1发送ICMP包。
DMAC：三层交换机
SMAC：PC1
SIP：1.1.1.1
DIP：2.1.1.2
3、三层交换机找到2.1.1.2应该从2.1.1.1的端口出去，但是不知道PC2的MAC，于是三层交换机也要向PC2发一次ARP包。
4、PC2和交换机连通后，交换机转发ICMP包到PC2。
DMAC：PC2
SMAC：三层交换机
SIP：1.1.1.1
DIP：2.1.1.2
注意点：在路由转发ICMP包过程中，MAC地址会变，但是IP地址是不变的。发送ARP包时候MAC地址、IP地址都会变。
