网络层 包括两种结构：
数据报与虚电路
https://blog.csdn.net/lovecc_orange/article/details/79237256
一、以太网帧结构
常见的以太网帧结构有：IEEE 802.3 和 DIX Ethernet V2
下面是 DIX Ethernet V2
802.3 又细分为 不同的 以太网 帧。
但主要就是 将上图的类型改为 长度 了，其他就是 将数据部分 做了一点拆分，其他变化不大。
| 前导码 | 帧开始符 | MAC 目标地址 | MAC 源地址 | 802.1Q 标签 (可选) | 以太类型 | 负载 | 冗余校验 | 帧间距 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10101010 7个octet | 10101011 1个octet | 6 octets | 6 octets | (4 octets) | 2 octets | 46–1500 octets | 4 octets | 12 octets |
| 64–1522 octets | ||||||||
| 72–1530 octets | ||||||||
| 84–1542 octets | ||||||||
Ethernet II
以太 II 帧 (也称作DIX以太网，是以这个设计的主要成员，DEC,Intel和Xerox的名字命名的。[1]),把紧接在目标和源MAC地址后面的这个两字节定义为以太网帧数据类型字段。
例如，一个0x0800的以太类型说明这个帧包含的是IPv4数据报。同样的，一个0x0806的以太类型说明这个帧是一个ARP帧，0x8100说明这是一个IEEE 802.1Q帧，而0x86DD说明这是一个IPv6帧。
当这个工业界的标准通过正式的IEEE标准化过程后，在802.3标准中以太类型字段变成了一个(数据)长度字段。(最初的以太包通过包括他们的帧来确定它们的长度，而不是以一个明确的数值。)但是包的接收层仍需知道如何解析包，因此标准要求将IEEE802.2头跟在长度字段后面，定义包的类型。多年之后，802.3x-1997标准，一个802.3标准的后继版本，正式允许两种类型的数据包同时存在。实际上，两种数据包都被广泛使用，而最初的以太数据包在以太局域网中被广泛应用，因为他的简便和低开销。
为了允许一些使用以太II版本的数据报和一些使用802.3封装的最初版本的数据包能够在同一个以太网段使用，以太类型值必须大于等于1536(0x0600)。这个值比802.3数据包的最大长度1500byte (0x05DC)要更大。因此如果这个字段的值大于等于1536，则这个帧是以太II帧，而那个字段是类型字段。否则(小于1500而大于46字节)，他是一个IEEE 802.3帧，而那个字段是长度字段。1500～1536(不包含)的数值未定义。因为网络环境 MTU选择是1500【即以太网帧最大负载是1500字节】，所以我们上网用的以太网帧 应该是 802.3帧。
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标准的以太网帧，我们经常说的以太网帧长度是从图中 目标MAC地址开始，FCS结束。网卡对网络层数据的操作是加以太网帧头、以太网帧尾FCS，很显然上层需要提供目的MAC地址，否则接口无从完成以太网帧的封装。这需要IP层需要事先完成和ARP的交互，解析出目的IP对应的目的MAC，这显然不能由网卡来完成。
网卡对物理层接收到的二进制流成帧处理，校验FCS，去掉以太网帧头，把载荷Payload （中文指以太网帧内的数据）放在接收缓存，等待网络层取走。
标准的以太网帧最大可以发送长度1518字节，指的就是这个。去掉以太网头14个字节，再去掉尾部的校验和FCS 4个字节，留给上层协议也就是(1518-14-4)=1500个字节，这个就是MTU的由来。上层协议加黑的原因是要引起大家的注意，这个上层协议如果是IP，那么就是IP MTU，如果是MPLS，就是MPLS MTU，如果是IPv6，那就是IPv6 MTU。
类型: 以太网协议
网卡用来分辨封装的是什么协议，然后再通知不同的协议模块来取走数据。
Payload: 载荷（就是指以太网帧中的数据）
这个允许负荷的最大长度对应的就是负荷的最大传输单元，即MTU，标准的以太网帧，允许的最大负荷长度为1500字节，所以如果上层协议为IPv4，那就是IPv4 MTU=1500，所以经常看到主机的MTU为1500字节。
FCS: 校验码
为了防止在传输过程中发生错误，数据发送方的网卡会计算一个校验码，覆盖整个以太网帧，并放在以太网帧尾部，发送出去，接收网卡需要对其进行校验，来决定是否接收。而如果不校验，一个错误的帧可能要到TCP、UDP才能被发现出来，这样的话会浪费很多CPU资源。CPU会说：屁大点的事都搞不定，还要劳烦朕，可以去自宫了。而如果网卡来进行校验，错了就默默地丢弃，不惊动高层，高层肯定偷偷乐开了花。
IP层能发现IP包的损坏吗？
IP头的校验码只覆盖IP头，保证关键信息如目的IP在传输过程没有差错，可以到达目的地，至于里面封装内容则由目的地主机负责校验，可以减少路由器的处理时间，提高转发效率。
二、以太网特点
CSMA/CD可归结为四句话
发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。
CSMA/CD解决的是，介质占用问题。
而全双工倾向解决的是，两端同时发送数据的碰撞问题。
具体内容可以查看介质访问控制 文章
为了通信的简便 以太网采取了两种重要的措施
- 采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。
- 以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。
- 这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。
以太网提供的服务
- 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
- 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。
- 如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。
三、以太网的差错控制和流量控制
3.1差错控制
以太网的数据链路层的FCS检查是针对整个帧进行检查的。
IP帧的校验码只覆盖IP头，【16位首部校验和，可以查看ip报头】保证关键信息如目的IP在传输过程没有差错，可以到达目的地，至于里面封装内容则由目的地主机负责校验，可以减少路由器的处理时间，提高转发效率。所以IP层不能发现IP包的损坏。
所以以太网的差错重传，只能靠传输层的tcp/udp 进行控制了。因为数据链路层 和 ip层 差错重传都 不管。
3.2流量控制
以太网不需要确认帧(碰撞检测:CSMA/CD) 无线网有确认帧(碰撞检测:CSMA/CA)。
有确认帧的，可以使用窗口滑动协议进行流量控制。
当通过交换机一个端口的流量过大，超过了它的处理能力时，就会发生端口阻塞。
网络拥塞一般是由于线速不匹配（如100M向10M端口发送数据）和突发的集中传输而产生的，它可能导致这几种情况：延时增加、丢包、重传增加，网络资源不能有效利用。
流量控制的作用是防止在出现阻塞的情况下丢帧。
在半双工方式下，流量控制是通过反压（backpressure）技术实现，模拟产生碰撞，使得信息源降低发送速度。
有两种方法可以达到这一目的：交换机可以强行制造一次与服务器的冲突，使得服务器退避；或者，交换机通过插入一次“载波检测”使得服务器的端口保持繁忙，这样就能使服务器感觉到交换机要发送数据一样。利用这两种方法，服务器都会在一段时间内暂停发送，从而允许交换机去处理积聚在它的缓冲区中的数据。
在全双工方式下，IEEE802.3 x标准定义了在全双工环境中实现流量控制的方法。交换机产生一个”PAUSE”MAC控制帧，”PAUSE”MAC控制帧使用一个保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，将它发送给正在发送的站，发送站接收到该帧后，就会暂停或停止发送。PAUSE帧利用了一个保留的组播地址，它不会被网桥和交换机所转发，这样，PAUSE帧不会产生附加信息量。
在全双工环境中，服务器和交换机之间的连接是一个无碰撞的发送和接收通道。由于没有碰撞检测，且不允许交换机通过产生一次冲突而使得服务器停止发送
以太网pause帧 格式 【资料不全，大致整理如下】
| 目标mac 6字节 | 源mac 6字节 | length/type 2字节 | mac control opcode 2字节 | mac control parameters | 保留域 | FCS
4字节 |
四、以太网CSMA/CD中的重传功能
1、以太网是没有差错控制中的重传功能的，以太网帧只有FCS（覆盖整个以太网帧，并放在以太网帧尾部）【大白话，计算帧头到帧尾前的数据，输出FCS放于帧尾处】
2、但是以太网每发完一帧，一定要把已经发送的帧暂时保留一下。如果在争用期内检测出发生了碰撞，那么还要在推迟一段时间后再把这个帧重传一次。
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五、PPPOE
PPPOE 就是 PPP over Ethernet
PPPoE报文的格式就是在以太网帧中携带PPP报文，如图所示
PPPoE报文的格式就是在以太网帧中携带PPP报文，如图所示。
各个字段解释如下：
Destination_address域：一个以太网单播目的地址或者以太网广播地址（0xffffffff）。对于Discovery数据包来说，该域的值是单播或者广播地址，PPPoE Client寻找PPPoE Server的过程使用广播地址，确认PPPoE Server后使用单播地址。对于Session阶段来说，该域必须是Discovery阶段已确定的通信对方的单播地址。Source_address域：源设备的以太网MAC地址。
Ether_type：设置为0x8863（Discovery阶段或拆链阶段）或者0x8864（Session阶段）。
Ver域：4bits，PPPoE版本号，值为0x1。 Type域：4bits，PPPoE类型，值为0x1。 Code域：8bits，PPPoE报文类型。Code域为0x00，表示会话数据。Code域为0x09，表示PADI报文；Code域为0x07，表示PADO或PADT报文；Code域为0x19，表示PADR报文；Code域为0x65，表示PADS报文。报文的具体情况请参见附录部分。Session_ID域：16bits，对于一个给定的PPP会话，该值是一个固定值，并且与以太网Source_address和Destination_address一起实际地定义了一个PPP会话。值0xffff为将来的使用保留，不允许使用。 Length域：16bits，定义PPPoE的Payload域长度。不包括以太网头部和PPPoE头部的长度。数据域，有时也称之为净载荷域，在PPPOE的不同阶段该域内的数据内容会有很大的不同。在PPPOE的发现阶段时，该域内会填充一些Tag（标记）；而在PPPOE的会话阶段，该域则携带的是标准的点对点协议包
六、以太网答疑
为什么以太网有最短/最长帧长度的要求？
总线型以太网半双工，碰撞检测所致长度要求。后来的星型以太网，全双工模式，长度可能就不受限制了。在全双工模式下，不会有冲突域、专用的交换机端口可用于全双工节点、主机的网卡和交换机端口必须能够运行在全双工模式下。
全双工以太网适用于：
1交换机到pc主机的连接。
2交换机到交换机的连接
3pc到pc的连接（使用交叉电缆
4交换机到路由器的连接（使用交叉电缆）
5路由器到路由器的连接（使用交叉电缆）
6路由器到主机pc的连接（使用交叉电缆）
全双工模式下，为了允许一些使用以太II版本的数据报和一些使用802.3封装的最初版本的数据包能够在同一个以太网段使用，以太类型值必须大于等于1536(0x0600)。这个值比802.3数据包的最大长度1500byte (0x05DC)要更大。
因此如果这个字段的值大于等于1536，则这个帧是以太II帧，而那个字段是类型字段。否则(小于1500而大于46字节)，他是一个IEEE 802.3帧，而那个字段是长度字段。1500～1536(不包含)的数值未定义。因为网络环境 MTU选择是1500【即以太网帧最大负载是1500字节】，所以我们上网用的以太网帧 应该是 802.3帧。
以太网帧长度上下限
标准以太网帧长度下限为：64 字节
标准以太网帧长度上限为：1518 字节
最早的以太网工作方式：载波多路复用/冲突检测CSMA/CD，因为网络是共享的，即任何一个节点发送数据之前，先要侦听线路上是否有数据在传输，如果有，需要等待，如果线路可用，才可以发送。
假设A发出第一个bit位，到达B，而B也正在传输第一个bit位，于是产生冲突，冲突信号得让A在完成最后一个bit位之前到达A，这个一来一回的时间间隙slot time是57.6μs.
在10Mbps的网络中，在57.6μs的时间内，能够传输576个bit，所以要求以太网帧最小长度为576个bits，从而让最极端的碰撞都能够被检测到。这个576bit换算一下就是72个字节，去掉8个字节的前导符和帧开始符，以太网帧的最小长度为64字节。
如果说以太网帧的最小长度64byte是由CSMA/CD限制所致，那最大长度1500byte又是处于什么考虑的呢？
IP头total length为两个byte，理论上IP packet可以有65535 byte，加上Ethernet Frame头和尾，可以有65535 +14 + 4 = 65553 byte。如果在10Mbps以太网上，将会占用共享链路长达50ms,这将严重影响其它主机的通信，特别是对延迟敏感的应用是无法接受的。
由于线路质量差而引起的丢包，发生在大包的概率也比小包概率大得多，所以大包在丢包率较高的线路上不是一个好的选择。
但是如果选择一个比较小的长度，传输效率又不高，拿TCP应用来说，如果选择以太网长度为218byte，TCP payload = 218 – Ethernet Header -IP Header – TCP Header=218-18 – 20-20= 160 byte
那有效传输效率=160/218= 73%
而如果以太网长度为1518，那有效传输效率=1460/1518=96%
通过比较，选择较大的帧长度，有效传输效率更高，而更大的帧长度同时也会造成上述的问题，于是最终选择一个折衷的长度：1518 byte ! 对应的IP packet 就是 1500 byte，这就是最大传输单元MTU的由来。
MRU的由来（最大接收单元）
最早的以太网是通过Hub或集线器来工作的，在任意时刻只能有一台主机发送，这种共享方式发送效率很低，而现代高速交换机则让每个连接交换机的主机工作在独占模式，带宽独享，可以同时收发，而且现在早已不是早期的10Mbps的带宽，而是1000M、10000M，即使发送大包也不会影响别的主机，影响的只是交换机的接收和发送队列，既然发送大包效率要比小包效率搞，而且特定的应用也有发大包的需求，比如NFS文件系统，那为什么不把接口MTU提高一些，再高一些呢？这是一个好主意，于是网卡、交换机、路由器网络接口可以实现更大的MTU，可以达到>9000字节的大小，我们称这种远大于标准以太帧尺寸的帧为巨型帧Jumbo Frame 。
于是网络接口提供可以修改MTU的配置命令，比如缺省为1500，可以修改为1508以支持QinQ，或者1512以支持802.1q Mpls label，这样既可以支持终端用户标准1500 字节IP packet，又可以避免分片。
有一点需要说明，二层交换机的接口，我们可以看成一块普通的网卡，网卡工作在数据链路层，所以分片不是它的职责，如果一个帧需要从交换机一个接口发送出去，而帧的长度>接口MTU，怎么办？丢弃！会发什么消息告诉源主机吧？不会的，默默地丢，当什么否没有发生，这种情况最难以排查，如果traceroute可以看到端对端使通的，而发送数据就是会失败。所以切记，一台交换机要保证接口MTU的一致性。如果在一个VLAN上、或整个交换机都采用同样的MTU，就不会发生上述情况。而如果入接口是9000字节，而出接口是1500，就会发生上述问题。
如果一条物理链路的两端MTU不一致，则会发生什么情况，比如一侧是1500，一侧是9000，1500一侧发出来的数据肯定没有问题，但是如果从9000侧发给1500呢？数据也背默默地丢了。为什么呢？我们来谈另外一个很少提及的词汇：MRU，最大接收单元。
最大接收单元MRU
我们一直谈的最大传输单元MTU是关于出方向的流量处理，而MRU恰恰相反，是关于入方向的流量处理。
一般情况下MTU = MRU，比如9000侧的数据到达1500，由于9000>MRU ，所以直接默默丢弃。
所以在配置链路时，要确保两侧的设备MTU要匹配，无论各家厂商对MTU理解如何、实现如何，一定要保证两端匹配，即各自允许在以太网线上发送、接收的数据流，即以太网帧的最大长度一样！
为什么无线局域网上发送数据帧后要对方必须发回确认帧，而以太网就不需要对方发回确认
CSMA/CD媒体访问控制方法的工作原理，可以概括如下：
先听后说，边听边说；
一旦冲突，立即停说；
等待时机，然后再说；
CSMA/CD协议解决了如何在有线以太网上检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要同时进行数据传输时网络上的冲突。其工作原理可以总结为先听后说，边听边说；一旦冲突，立即停说；等待时机，然后再说。但其并不适合无线局域网，在无线局域网中，无线电波传输距离受限，不是所有的节点都能够都能监听到信号；而且，无线网卡工作在半双工模式下，设备无法一边接收数据信号，一边传送数据信号。另一方面，无线带宽本就不高，一旦发生碰撞，重新发送数据，会降低吞吐量。
参考：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/21318925
https://blog.csdn.net/u011531613/article/details/59038866
https://blog.csdn.net/violet_echo_0908/article/details/51897628