以太网的帧格式
帧本身是一段有限的0/1序列。它可以分为以下几部分：
- Preameble 和 SFD：
帧的最初7个字节被称为前导码，前导码是包括 七个字节的二进制0 1交替的代码 共56位。
定界符是由一个字节的01 交替的 二进制序列 ，他的作用是使接收端对数据帧的第一位进行定位
通常，我们都会预定好以一定的频率发送0/1序列(比如每秒10bit)。如果接收设备以其他频率接收(比如每秒5bit)，那么就会错漏掉应该接收的0/1信息。但是，由于网卡的不同，发送方和接收方即使预订的频率相同，两者也可能由于物理原因发生偏差。这就好像两个人约好的10点见，结果一个人表快，一个人表慢一样。前导码是为了让接收设备调整接收频率，以便与发送设备的频率一致。
- DST 和 src
紧跟着后面的是6 字节的目的地（DST）和6 字节的源地址（src）。要注意，这里写的是MAC地址。MAC地址是物理设备自带的序号，只能在同一个以太网中被识别。而不同局域网的通信，则要在网络层协议中解决。
- Data
数据一般包含有符合更高层协议的数据，比如IP包。连接层协议本身并不在乎数据是什么，它只负责传输。注意，数据尾部可能填充有一串0(PAD区域)。填充0的原因是，一个帧需要超过一定的最小长度。
数据的字节长限制为 64～1500字节：
最大包长1518字节，其中数据1500字节为MTU，18字节为字段值
最小包长64字节，为了限制冲突，有足够时间检测到冲突（CSMA/CD）
- Type字段：
type字段两个字节，它用于区分两种帧类型，当type字段值小于1500，则是IEEE802.3格式。当type字段值大于或等于1536，帧使用的是以太Ethernet格式。0×0800标识IP，0×0806标识ARP)
- FCS效验码
接着是校验序列(FCS, Frame Check Sequence)。校验序列是为了检验数据的传输是否发生错误。在物理层，我们通过一些物理信号来表示0/1序列(比如高压/低压，高频率/低频率等)，但这些物理信号可能在传输过程中受到影响，以致于发生错误。
FCS采用了循环冗余校验(CRC, Cyclic Redundancy Check)算法。利用特定的算法得到的余数与实际拿到数据包的FCS进行比较， 如果两者不相符，我们就知道数据在传输的过程中出现错误，不能使用。
链路层的通信依据就是通过以上字段，它控制我们如何在局域网中的转发通信。
以上的数据包封装需要MAC 地址，本端的MAC地址我们知道（由厂商分配写好），那么对端的MAC地址我们如何得知呢？
ARP协议
ARP协议介于连接层和网络层之间，ARP包需要包裹在一个帧中。它的工作方式如下：主机会发出一个ARP包，该ARP包中包含有自己的IP地址和MAC地址。通过ARP包，主机以广播的形式询问局域网上所有的主机和路由：我是IP地址xxxx，我的MAC地址是xxxx，有人知道199.165.146.4（目的端IP地址）的MAC地址吗？拥有该IP地址的主机会回复发出请求的主机：哦，我知道，这个IP地址属于我的一个NIC，它的MAC地址是xxxxxx。由于发送ARP请求的主机采取的是广播形式，并附带有自己的IP地址和MAC地址，其他的主机和路由会同时检查自己的ARP cache，如果不符合，则更新自己的ARP cache。
这样，经过几次ARP请求之后，ARP cache会达到稳定。如果局域网上设备发生变动，ARP重复上面过程。
总的来说： APR协议就是通过IP 地址请求对端的MAC地址的过程。
免费arp ：
主机被分配IP地址或者IP地址发生变更之后，检测该网段是否唯一，避免冲突。主机用过发送一个arp request 报文进行检测，将广播报文中目的ip地址设置为自己的IP地址。当收到其他主机的回复时，则表示该网段被占用。
ICMP协议：
ICMP(Internet control message protocol)是网络层的的协议，用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，他对于收集各种网络信息，诊断和排除各种网络故障具有至关重要的作用。
ICMP重定向，ICMP差错检查:用于诊断源和目的之前的连通性(ICMP echo request查询和ICMP echo reply响应)，ICMP错误报告(各种传输数据失败的原因)
ICMP基于IP协议。也就是说，一个ICMP包需要封装在IP包中，然后在互联网传送。ICMP是IP套装的必须部分，也就是说，任何一个支持IP协议的计算机，都要同时实现ICMP。
常见的ICMP包类型
目的端不可达
目的地无法到达(Destination Unreachable)属于错误信息。如果一个路由器接收到一个没办法进一步接力的IP包，它会向出发主机发送该类型的ICMP包。比如当IP包到达最后一个路由器，路由器发现目的地主机down机，就会向出发主机发送目的地无法到达(Destination Unreachable)类型的ICMP包。目的地无法到达还可能有其他的原因，比如不存在路由表项，比如不被接收的端口号等等。
重定向
重新定向(redirect)属于错误信息。当一个路由器收到一个IP包，对照其routing table，发现自己不应该收到该IP包，它会向出发主机发送重新定向类型的ICMP，提醒出发主机修改自己的routing table（“我”不是你的目标，请更换目的地址）
ICMP 的两个运用： Ping 和 Ttracert
ping可以检测网络的连通性，这一点运用很广。ping命令就是利用了该类型的ICMP包。当使用ping命令的时候，将向目标主机发送Echo-询问类型的ICMP包，而目标主机在接收到该ICMP包之后，会回复Echo-回答类型的ICMP包，并将询问ICMP包包含在数据部分。ping命令是我们进行网络排查的一个重要工具。如果一个IP地址可以通过ping命令收到回复，那么其他的网络协议通信方式也很有可能成功。
tracert 用于测试链路的跳数：IPv4中的Time to Live(TTL)会随着经过的路由器而递减，当这个区域值减为0时，就认为该IP包超时(Time Exceeded)。Time Exceeded就是TTL减为0时的路由器发给出发主机的ICMP包，通知它发生了超时错误。traceroute命令用来发现IP接力路径(route)上的各个路由器。它向目的地发送IP包，第一次的时候，将TTL设置为1，引发第一个路由器的Time Exceeded错误。这样，第一个路由器回复ICMP包，从而让出发主机知道途径的第一个路由器的信息。随后TTL被设置为2、3、4，…，直到到达目的主机。这样，沿途的每个路由器都会向出发主机发送ICMP包来汇报错误。traceroute将ICMP包的信息打印在屏幕上，就是路径的信息了。
集线器(Hub) vs. 交换器(Switch)二层设备
集线器：
以太网使用集线器或者交换器将帧从发出地传送到目的地。一台集线器或交换器上有多个端口，每个端口都可以连接一台计算机(或其他设备)。
集线器像一个广播电台。一台电脑将帧发送到集线器，集线器会将帧转发到所有其他的端口。每台计算机检查自己的MAC地址是不是符合DST。如果不是，则保持沉默。集线器是比较早期的以太网设备。它有明显的缺陷：
任意两台电脑的通信在同一个以太网上是公开的。所有连接在同一个集线器上的设备都能收听到别人在传输什么，这样很不安全。可以通过对信息加密提高安全性。
不允许多路同时通信。如果两台电脑同时向集线器发信，集线器会向所有设备发出“冲突”信息，提醒发生冲突。可以在设备上增加冲突检测算法：一旦设备发现有冲突，则随机等待一段时间再重新发送（CSMA/CD）
交换机：
交换器克服集线器的缺陷。交换器记录有各个设备的MAC地址。当帧发送到交换器时，交换器会检查DST，然后将帧只发送到对应端口。交换器允许多路同时通信。由于交换器的优越性，交换器基本上取代了集线器。
多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输机制。向目的端发送报文时，源将报文分为多个较小的数据块，称为分组，提高了灵活性和转发速率。到达目的端后，在根据偏移量等字段控制其组合成一个完整的报文。