第 6 章 · 数据链路层

链路层解决同一网段内两台相邻设备怎么可靠传帧：MAC 寻址、介质访问控制（谁能发）、IP→MAC 映射（ARP）。

6.1 MAC 地址

MAC 地址是网卡的硬件地址，48 位，写成 00:1A:2B:3C:4D:5E，出厂烧录、全球唯一（前 24 位厂商 OUI，后 24 位厂商自编）。

对比：MAC 是物理身份，链路层、同网段寻址，出厂即定、不可路由；IP 是逻辑身份，网络层、跨网段寻址，随配置而变。跨网段时 IP 端到端不变，MAC 每跳都换。

6.2 以太网帧格式

以太网是主流链路层技术，帧格式：

┌─────────┬─────────┬──────┬───────────────┬────────┬───────┐
│ 前导码   │ 目的MAC  │ 源MAC │ 类型/长度      │ 数据   │ 帧校验 │
│ 7+1字节 │ 6 字节   │6 字节│ 2 字节        │46–1500│ 4 字节│
└─────────┴─────────┴──────┴───────────────┴────────┴───────┘

• 类型/长度：0x0800 = IPv4，0x0806 = ARP。
• 帧校验序列（FCS）：CRC 循环冗余校验，错帧直接丢弃。
• MTU 通常 1500 字节，超过需网络层分片（见第 5 章）。

6.3 集线器 vs 交换机

维度	集线器	交换机	路由器
工作层	物理层	链路层	网络层
转发依据	无（广播）	MAC 地址表	IP 路由表
冲突域	所有端口一个	每端口独立	每端口独立
广播域	一个	一个	每端口一个（隔离）
转发范围	同网段	同网段	跨网段

对比：集线器物理层广播、共享带宽易冲突；交换机链路层按 MAC 表定向转发、端口独享全双工；路由器网络层按 IP 路由表跨网段。集线器「喇叭」，交换机「按门牌投递」，路由器「跨小区邮局」。

6.4 ARP：把 IP 映射成 MAC

以太网靠 MAC 寻址，但发送方只知道目的 IP，于是用 ARP：

1. 发送方广播 ARP 请求：「谁是 192.168.1.5？请告诉我你的 MAC」；
2. 目标主机单播回复 ARP 应答：带上自己的 MAC；
3. 双方把结果缓存进 ARP 表（ip neigh 查看），避免每次广播。

跨网段时，目的 MAC 填网关（路由器）的 MAC，由网关逐跳转发。

6.5 CSMA/CD：共享介质的访问控制

早期以太网是共享总线，同一时刻只能一台发，否则冲突。CSMA/CD 解决「谁先发」：

1. 载波监听（CS）：发前先听，有人在发就等；
2. 多路访问（MA）：都接在同一介质上；
3. 冲突检测（CD）：边发边听，检测到冲突立即停发并发干扰信号；
4. 随机退避：冲突双方各等随机时间再重试（二进制指数退避）。

对比：现代交换式以太网用全双工 + 交换机取代共享总线，冲突几乎消失，CSMA/CD 基本退役；Wi-Fi 因「没法边发边听」改用 CSMA/CA（冲突避免）——用 ACK + 随机退避「避免」而非「检测」冲突。