计算机网络-数据链路层

重点内容：

(1) 数据链路层的点对点信道和广播信道的特点，以及这两种信道所使用的协议（ PPP协议以及 CSMA/CD 协议）的特点。
(2) 数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输和差错检测。
(3) 以太网 MAC 层的硬件地址。
(4) 适配器、转发器、集线器、网桥、以太网交换机的作用以及使用场合。
目录

重点内容：

一.使用点对点信道的数据链路层

[(1) 简单](#(1) 简单)

[(2) 封装成帧](#(2) 封装成帧)

[(3) 透明性](#(3) 透明性)

[(4) 多种网络层协议](#(4) 多种网络层协议)

[(5) 多种类型链路](#(5) 多种类型链路)

[(6) 差错检测](#(6) 差错检测)

[(7) 检测连接状态](#(7) 检测连接状态)

[(8) 最大传送单元（MTU）](#(8) 最大传送单元（MTU）)

[(9) 网络层地址协商](#(9) 网络层地址协商)

[(10) 数据压缩协商](#(10) 数据压缩协商)

总结

2.2PPP协议的帧格式

[LCP 与 NCP 的关系：](#LCP 与 NCP 的关系：)

[截断二进制指数退避(truncated binary exponential backoff)算法](#截断二进制指数退避(truncated binary exponential backoff)算法)

[MAC 地址与 IP 地址的区别：](#MAC 地址与 IP 地址的区别：)

[以太网的 MAC 层协议栈：](#以太网的 MAC 层协议栈：)

[集线器 vs 交换机：比较](#集线器 vs 交换机：比较)

总结：

4.3虚拟局域网（VLAN）

一.使用点对点信道的数据链路层

1.1数据链路和帧

链路 (link) 就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他的交换结点。
数据链路 (data link) = 协议 + 实现协议的硬件和软件 + 物理线路
**协议数据单元------帧，**在互联网中，网络层协议数据单元就是 IP 数据报（或简称为数据报、分组或包）。

1.2协议的三个基本问题

封装成帧
透明传输
差错检测

1.2.1封装成帧

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界 （即确定帧的界限）。此外，首部和尾部还包括许多必要的控制信息。
为了提高帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能地大于首部和尾部的长度。但是，每一种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限--- 最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit) 。

如果没有EOT则丢弃该帧。

1.2.2透明传输

透明，表示：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。意思是，帧中的数据部分不会影响帧的传输。

为了解决透明传输问题，就必须设法使数据中可能出现的控制字符" SOH "和" EOT " 在接收端不被解释为控制字符。具体的方法是：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 ，二进制是 00011011）。而在接收端的数据链路层在把数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。这种方法称为 字节填充 (byte stuffing) 或字符填充 (character stuffing) 。

1.2.3差错检测

在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为 误码率 BER (Bit Error Rate) 。例如，误码率为时，表示平均每传送个比特就会出现一个比特的差错。
目前在数据链路层广泛使用了 循环冗余检验 CRC (Cyclic Redundancy Check) 的检错技术。
CRC步骤：

扩展数位，假设冗余码n位，数据每组k比特，在原数据尾部加n个0，即*
除以约定的除数P，得到余数R
将R加到数据组中
结束

CRC验证，接收端除P余数应该为0，否则数据错误。
在数据链路层，发送端帧检验序列 FCS 的生成和接收端的 CRC 检验都是用硬件完成的，处理很迅速，因此并不会延误数据的传输。

再强调一下，在数据链路层若仅仅使用循环冗余检验 CRC 差错检测技术，则只能做到对帧的无差错接受，即："凡是接收端数据链路层接受的帧，我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错**（比特差错）而不是帧丢失、帧失序、帧重复**"。

二.点对点PPP协议

PPP 协议就是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议

2.1PPP协议应该满足的需求

(1) 简单

PPP协议的设计要求简洁且易于实现。对数据链路层的帧，不需要纠错，不需要序号，也不需要流量控制。

(2) 封装成帧

PPP协议规定了帧的格式 ，并使用特定的字符作为帧定界符 ，确保接收方能够正确识别数据帧的起始和结束。帧定界符是一个特殊的比特序列，通常是 0x7E，可以使接收方从连续的比特流中清晰地分辨出每个数据帧。

(3) 透明性

PPP协议需要保证数据传输的透明性 。这意味着，数据流中不能包含与帧定界符相同的比特模式，否则就会导致错误的帧分割。为此，PPP采用了比特填充技术 ，即如果数据中出现连续的五个 1，就会在其后加一个 0，以避免与帧定界符冲突。接收端则负责去除这个填充比特，恢复原始数据。

(4) 多种网络层协议

PPP协议能够在同一条物理链路上支持多种网络层协议（如 IP、IPX、AppleTalk 等）。PPP协议通过**网络控制协议（NCP）**来为不同的网络层协议提供支持。每种网络层协议可以通过NCP进行配置和协商，确保不同的协议能够在同一链路上并行传输。

(5) 多种类型链路

PPP协议需要适应多种类型的链路 ，无论是串行链路、并行链路、同步链路还是异步链路，PPP都能够支持。此外，它还需要在不同传输速率和链路类型（如电缆、光纤、无线链路等）上正常工作。

一个典型的应用例子是PPPoE（PPP over Ethernet），即PPP协议通过以太网链路工作，适用于宽带上网、ADSL等场景。

(6) 差错检测

PPP协议需要检测接收帧中的错误 ，并丢弃出错的帧。通过对每个数据帧应用CRC校验，接收端能够判断帧是否发生了传输错误。如果校验失败，接收端将丢弃该帧，并不会再做任何处理。

(7) 检测连接状态

PPP协议需要定期检查链路的连接状态 。如果链路长时间没有活动，PPP协议应自动检测链路是否仍然可用，并能够在链路恢复正常时重新建立连接。这个检测过程通常不超过几分钟。

例如，PPP支持链路控制协议（LCP），它用于在连接过程中检测链路的状态，协商链路参数，并在发生故障时及时通知。

(8) 最大传送单元（MTU）

PPP协议定义了一个默认的最大传输单元（MTU） ，它规定了数据链路层上单个帧的最大长度。PPP会检查上层协议的数据是否超过MTU，如果超过，协议会丢弃该帧并通知错误。MTU确保了不同实现之间的互操作性，并避免过长的数据帧可能带来的问题。

(9) 网络层地址协商

PPP协议提供了一种机制，使得通信双方能够通过协商配置网络层的地址。例如，在使用PPP进行IP连接时，PPP会通过**网络控制协议（NCP）**协商和配置IP地址。

这一机制对于点对点的拨号连接至关重要，确保通信双方能够获得对方的网络层地址，从而能够正常进行数据传输。

(10) 数据压缩协商

PPP协议支持数据压缩功能，在连接建立时，双方可以协商是否使用压缩算法来减少数据的传输量。压缩算法不需要在协议中标准化，PPP允许根据实际需求进行压缩协议的选择。

总结

PPP协议通过满足上述需求，提供了一个简单、灵活且具有高度兼容性的点对点链路协议。它的主要特点是：

简单易用，支持各种类型的链路。
提供了错误检测、帧定界符、透明性处理和链路状态检测等功能。
通过NCP机制，支持多种网络层协议的传输，并能够灵活地进行数据压缩和网络层地址协商。

PPP协议的设计使得它可以在广泛的环境中应用，并且支持多种不同厂商设备之间的互操作性，成为了点对点连接中常用的数据链路层协议。

2.2PPP协议的帧格式

PPP 协议有三个组成部分：
(1) 一个 将 IP 数据报封装到串行链路的方法 。 PPP 既支持异步链路（无奇偶检验的 8 比特数据），也支持面向比特的同步链路。IP 数据报在 PPP 帧中就是其信息部分。这个信息部分的长度受最大传送单元 MTU 的限制。
(2) 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。通信的双方可协商一些选项。在 RFC 1661 中定义了 11 种类型的 LCP 分组。
(3) 一套 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol) ② ，其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如 IP 、 OSI 的网络层、 DECnet ，以及 AppleTalk 等

LCP 与 NCP 的关系：

LCP 主要用于链路层的管理，包括链路的建立、维护和拆除。
NCP 主要负责协商和管理在链路上运行的网络协议。
LCP 在链路层建立之后，会启动相应的 NCP 以支持不同的网络协议。每个网络协议都有其对应的 NCP。例如，对于 IP 网络，使用 IPCP (IP Control Protocol) ，对于 IPX 网络，使用 IPXCP (IPX Control Protocol)。

2.2.1各个字段的意义

F代表一个帧的开始或是结束，如果出现两个连续的F字段代表当前帧是空帧，应该丢弃。

A地址字段固定为FF， C控制字段固定为0x03，然后是2B的协议字段，接下来就是数据包，小于1500B

FCS是CRC差错检验的帧检验序列（2B），F结束

以太网规定了一个 最短帧长 64 字节 ，即 512 bit 。如果要发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于 64 字节。(由碰撞检测端到端的时间决定，在CSMA/CD协议中介绍)

2.2.2字节填充

在PPP协议中，字节填充 （Byte Stuffing）用于解决数据传输中可能出现与帧标志字段（例如 0x7E）相同的字节序列，导致数据无法正确解析的问题。由于帧标志字段 0x7E 用于标识数据帧的开始和结束，因此任何信息字段中如果出现与标志字段相同的字节，接收端就无法明确区分哪些是数据，哪些是帧的边界。为了避免这种情况，PPP协议采取了转义机制，确保信息中的特殊字节不会干扰帧的解析。

字节填充的操作步骤：

在异步传输模式下，PPP协议对特殊字节进行转义处理，确保帧标志和转义字符不会出现在信息字段中。具体步骤如下：

处理帧标志字节 0x7E：

如果信息字段中包含了字节 0x7E，则将其转化为两个字节：0x7D 和 0x5E。
这种操作避免了帧标志字节 0x7E 出现在信息字段中，从而避免了帧的开始或结束标志与实际数据冲突。

处理转义字节 0x7D：

如果信息字段中包含了字节 0x7D，则将其转化为两个字节：0x7D 和 0x5D。
这样做是为了防止转义字节 0x7D 本身与实际的转义字符混淆。

处理控制字符（ASCII码小于 0x20）：

如果信息字段中出现了控制字符（即 ASCII 码小于 0x20，例如 0x03 表示传输结束 ETX），则在字符前插入一个字节 0x7D，同时将字符的原始值进行修改。例如，0x03 会变成 0x7D 0x23，其中 0x23 是 0x03 的修改值。
这个步骤保证了控制字符不会干扰数据帧的解析，并避免了与帧定界符或转义字节的冲突。

发送端和接收端的过程：

发送端：
- 在发送数据时，发送端会检查信息字段中的每个字节，并按照上述规则进行字节填充。
- 例如，若信息字段包含 0x7E，则它会被转换成 0x7D 0x5E，并且整个填充后的数据会被发送到接收端。
接收端：
- 接收端收到数据后，会按照相反的规则对数据进行解码，恢复原始的字节流。
- 即接收端会检查是否存在填充字节 0x7D，并根据填充字节后的内容恢复原始数据。例如，接收到 0x7D 0x5E 时，接收端会将其还原为 0x7E。

例子：

假设我们有以下原始数据，发送给接收端：

原始信息字段 ：0x7E 0x7D 0x03

根据填充规则，发送端将信息字段转换为：

填充后的信息字段 ：0x7D 0x5E 0x7D 0x5D 0x7D 0x23

接收端接收到填充后的数据后，会进行以下解码：

0x7D 0x5E → 0x7E
0x7D 0x5D → 0x7D
0x7D 0x23 → 0x03

最终，接收端会恢复出原始信息字段：0x7E 0x7D 0x03。

总结：

字节填充 和转义机制是PPP协议解决数据传输中遇到的特殊字节冲突问题的一种方式。通过这种机制，PPP协议保证了在传输数据时，帧的边界不会与数据本身混淆。
填充后的数据传输会增加数据的长度，但通过接收端的反向填充操作，能够还原成正确的原始数据。

2.2.3零比特填充

只要发现有五个连续的1，就在第五个1后插入一个0，接收端再删除即可

2.3PPP协议的工作状态

当用户拨号接入 ISP 后，就建立了一条从用户个人电脑到 ISP 的物理连接。这时，用户个人电脑向 ISP 发送一系列的链路控制协议 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧），以便建立 LCP 连接。这些分组及其响应选择了将要使用的一些 PPP 参数。接着还要进行网络层配置，网络控制协议 NCP 给新接入的用户个人电脑分配一个临时的 IP 地址。这样，用户个人电脑就成为互联网上的一个有 IP 地址的主机了。
当用户通信完毕时，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。

三.使用广播信道的数据链路层

3.1局域网的数据链路层

局域网最主要的特点是： 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限 。
局域网具有如下一些主要优点：
(1) 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。
(2) 便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
(3) 提高了系统的可靠性 (reliability) 、可用性 (availability) 和生存性 (survivability)

强调：局域网工作的层次 跨越了数据链路层和物理层。

共享信道方案

(1) 静态划分信道 ，如在第 2 章的 2.4 节中已经介绍过的频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等。用户只要分配到了信道就不会和其他用户发生冲突。但这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网使用。
(2) 动态媒体接入控制 ，它又称为多点接入 (multiple access) ，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。这里又分为以下两类：
 随机接入随机接入的特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果恰巧有两个
或更多的用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就要产生碰撞（即发生了冲
突），使得这些用户的发送都失败。因此，必须有解决碰撞的网络协议。
 受控接入受控接入的特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。这类的典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询 (polling) ，或称为轮询。
属于 随机接入 的以太网将被重点讨论。

3.2CSMA/CD协议

载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
要点：

" 多点接入 "就是说明这是总线型网络
"载波监听 "就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机也在发送。不管在发送前，还是在发送中，每个站都必须不停 地检测信道。在发送前检测信道，是为了获得发送权。如果检测出已经有其他站在发送，则自己就暂时不许发送数据，必须要等到信道变为空闲时才能发送。
*
" 碰撞检测 "也就是" 边发送边监听 "，即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。
显然，在使用 CSMA/CD 协议时，一个站不可能同时进行发送和接收（但必须边发送边监听信道）。因此使用 CSMA/CD 协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行 双向交替通信（半双工通信 ）。

t= 0 时，A 发送数据。B 检测到信道为空闲。
在 t= a− δ时（这里t>δ> 0），A 发送的数据还没有到达 B 时，由于 B 检测到信道是空闲的，因此 B 发送数据。
经过时间a/ 2 后，即在 t= t− a */*2 时，A 发送的数据和 B 发送的数据发生了碰撞。但这时 A 和 B 都不知道发生了碰撞。
在 t= a时，B 检测到发生了碰撞，于是停止发送数据。
在 t= 2a− δ时，A 也检测到发生了碰撞，因而也停止发送数据。
A 和 B 发送数据均失败，它们都要推迟一段时间再重新发送。

截断二进制指数退避(truncated binary exponential backoff)算法

以太网使用截断二进制指数退避 (truncated binary exponential backoff) 算法来确定碰撞后重传的时机。

若连续多次发生冲突，就表明可能有较多的站参与争用信道。但使用上述退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（这也称为动态退避），因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。

为什么最小帧为64B的原因（因传输速度而异？如果传输速度改变，最小帧长是不是也会改变？）

强化碰撞

总结

3.3以太网信道利用率

注意：成功发送一个帧需要占用信道的时间是 T + *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。

3.4以太网的MAC层

MAC层的功能：

数据封装和解封装： MAC 层将来自上层网络层（如 IP 层）的数据进行封装，形成以太网帧。它还负责从接收到的帧中提取数据并传递到网络层。
以太网帧的结构包括：
- 有虚拟局域网VLAN后MAC帧在源地址和类型中间添加了VLAN标记
- 目的 MAC 地址（Destination MAC Address）：指明帧的目的设备。
- 源 MAC 地址（Source MAC Address）：发送帧的设备的 MAC 地址。
- 类型字段（Type/Length）：指示上层协议的类型（例如，IPv4、ARP等）或数据长度。
- 数据字段（Data）：实际传输的数据。
- CRC 校验（Frame Check Sequence）：用于检测数据传输中的错误。
地址分配与寻址： MAC 层使用 MAC 地址 来唯一标识网络中每个设备。每个网络接口卡（NIC）都有一个唯一的 MAC 地址，这个地址是硬件在制造过程中分配的。MAC 地址是 48 位长，通常以 6 字节的形式表示，如 00:14:22:01:23:45。
- 广播（Broadcast） ：如果帧的目的 MAC 地址是 FF:FF:FF:FF:FF:FF，则表示发送给网络上所有设备。
- 单播（Unicast）：帧仅发送给一个指定的设备。
- 组播（Multicast）：帧发送给网络上特定的一组设备。
介质访问控制： MAC 层的核心功能之一是控制如何在共享通信介质（例如双绞线、光纤、无线等）上访问。对于以太网，使用了 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议来决定何时发送数据。
- 载波侦听（Carrier Sense）：在发送数据之前，设备会检查信道是否空闲，避免与其他设备同时发送数据发生冲突。
- 多路访问（Multiple Access）：多个设备共享同一物理信道，因此需要协议来控制设备如何访问该信道。
- 碰撞检测（Collision Detection）：如果多个设备同时发送数据并发生碰撞，所有设备会停止发送，并等待随机时间后重试。
冲突检测与重传： 在传统的 半双工 （如 10Mbps、100Mbps）以太网中，多个设备共享同一条传输介质。设备在传输数据时，可能会发生碰撞。当发生碰撞时，MAC 层会通过 CSMA/CD 机制来检测并解决这一问题：
- 检测到冲突后，所有设备停止发送数据，并随机等待一段时间后再重试，减少再次碰撞的概率。
链路管理： MAC 层也负责网络链路的建立、维护和断开。在使用 PPP（点对点协议）等协议时，MAC 层还负责链路状态的管理，例如链路建立时的认证过程。

MAC 地址与 IP 地址的区别：

MAC 地址：是硬件地址，由制造商为每个设备分配。MAC 地址用于同一网络内部的设备间通信。
IP 地址：是网络地址，由网络管理员或动态分配，用于跨网络的设备间通信。

以太网的 MAC 层协议栈：

IEEE 802.3 标准：这是以太网的标准，定义了物理层和数据链路层（包括 MAC 层）的基本规范。它规定了帧的结构、地址格式、数据传输速率等。
Ethernet MAC 协议 ：以太网中的 MAC 协议规定了如何通过物理介质发送和接收数据帧。它定义了介质访问方法，如 CSMA/CD （在传统以太网中使用）和 全双工通信（在现代交换机环境中使用）。

总结：

以太网的 MAC 层负责：

数据的封装和解封装。
使用 MAC 地址进行设备寻址。
控制设备如何访问共享信道，避免冲突。
通过碰撞检测确保数据传输的可靠性。

随着网络技术的发展，现代以太网采用了 交换技术 ，避免了冲突，因此不再使用 CSMA/CD 协议。而在全双工通信中，每个设备都有独立的发送和接收通道，减少了碰撞的可能性。

四.扩展以太网

4.1物理层扩展以太网

使用集线器

4.2数据链路层扩展

使用交换机

集线器（Hub）

集线器是一种简单的网络设备，工作在 OSI 模型的数据链路层。它的主要作用是将多个设备连接到同一个网络中，但它并不做复杂的处理，而是将接收到的数据广播到网络中的所有端口。

集线器的工作原理：

当一个设备通过集线器发送数据时，集线器会将收到的数据广播到所有的端口，包括发送数据的设备。所有连接到集线器的设备都接收到这个数据包。
每个设备都会检查数据包的目标地址，只有匹配的设备才会接受数据包，其他设备会忽略它。

集线器的特点：

广播式通信：所有的设备都能收到同一数据包，但只有目标设备处理数据。
带宽共享：所有设备共享集线器的总带宽。例如，如果有 5 个设备连接到集线器，每个设备的带宽就相当于总带宽的 1/5。
无智能处理：集线器没有能力识别哪个设备需要哪些数据，它只是单纯的转发数据。
冲突域：集线器中的所有端口共享同一个冲突域（Collision Domain），这意味着多个设备如果同时发送数据，就会发生数据冲突，导致数据丢失并需要重发。
无存储转发：集线器不存储数据帧，也不检查数据包的完整性，它只是简单地将数据传送到所有端口。

集线器的局限性：

低效率：数据被广播到所有端口，浪费了带宽，降低了网络效率。
拥塞问题：由于带宽共享和碰撞的存在，当多个设备同时传输数据时，网络会发生拥塞。
不支持全双工：大多数集线器只能进行半双工通信，即不能同时进行数据的发送和接收。

交换机（Switch）

交换机是一种更智能的网络设备，工作在 数据链路层，它通过 MAC 地址来识别每个设备，并根据目的地址将数据包精确地发送到目标设备。交换机的设计减少了网络中的数据碰撞，提高了网络效率。

交换机的工作原理：

交换机学习网络中每个设备的 MAC 地址 ，并维护一个 MAC 地址表 。当设备发送数据时，交换机根据数据包中的目标 MAC 地址，将数据 精确地转发 到对应的端口。
交换机通过这种方式避免了广播，只有目标设备才会接收到数据。

交换机的特点：

点对点通信：数据仅发送到目标设备所在的端口，而不是广播到所有端口。
带宽不共享：每个连接到交换机的设备都有独立的带宽。交换机的端口与端口之间是隔离的，不共享带宽。
减少冲突：由于每个设备之间的数据传输是独立的，因此交换机中的每个端口都是一个独立的冲突域。
全双工通信：交换机支持全双工通信，设备可以同时发送和接收数据，不会发生碰撞。
存储转发 ：交换机会存储数据包，并在转发之前进行 错误检查 和 MAC 地址查找，确保数据准确无误地到达目标设备。

交换机的优势：

提高效率：数据传输是点对点的，不会浪费带宽，提高了网络性能。
减少碰撞：每个端口都有独立的冲突域，因此碰撞现象大大减少。
支持全双工通信：提高了数据传输速度和网络吞吐量。
智能路由：通过学习和维护 MAC 地址表，交换机能够高效地转发数据。

集线器 vs 交换机：比较

特性	集线器 (Hub)	交换机 (Switch)
工作层次	数据链路层（Layer 2）	数据链路层（Layer 2）
数据转发方式	广播到所有端口	根据目标 MAC 地址定向转发
冲突域	一个冲突域	每个端口是独立的冲突域
带宽	所有端口共享带宽	每个端口都有独立带宽
碰撞检测	存在碰撞，使用 CSMA/CD	几乎无碰撞，支持全双工通信
效率	低效率，浪费带宽	高效率，节省带宽
成本	较便宜	较贵
设备学习	不学习设备地址，所有设备接收数据	学习设备的 MAC 地址并转发数据
使用场景	小型网络或设备少的情况下使用	大型网络、高性能、需要可靠性的环境
扩展性	扩展性差	扩展性好，支持更多设备

总结：

集线器是简单、低成本的设备，适用于小型网络，但由于其广播特性和带宽共享问题，效率较低。
交换机则是更智能、更高效的设备，它支持点对点通信，避免了广播和冲突，适用于大多数现代网络，尤其是需要高性能和可靠性的环境。

4.3虚拟局域网（VLAN）

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属于哪一个 VLAN 。

MAC帧修改