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以太是由亚里士多德提出的，被量子物理证伪，但以太网在数据通信领域大火！在以太网“统治”了局域网（Local Area Network，LAN）之后，又借助传送网把广域网打得满地找牙，如今ISDN、PPP、HDLC、Frame-Relay都找不到存在感了，以太网成了接入网络必不可少的技术。个人计算机和服务器等设备上的有线网卡（Network Interface Card，NIC）基本都是以太网网卡。
以太网最早是由Xerox公司在1980年推出的，后来Xerox公司又联合DEC和Intel成立DIX联盟（取DEC、Intel和Xerox的首字母）。DIX联盟于1982年推出第二个版本的以太网（Ethernet II）；再后来由IEEE对Ethernet II进行规范化后于1983年推出，命名为IEEE 802.3。
以太网是通过以太网类型（Ethertype）为上层应用提供服务的，不同的以太网类型对应不同的应用协议，以太网类型（Type值）也是由IANA通过在线数据库地址管理的，该在线数据库的链接地址为https://www.iana.org/assignments/ieee-802-numbers/ieee-802-numbers.xhtml。
常见的以太网类型及对应协议如表2-11所示。
表2-11 常见的以太网类型及对应协议
续表
Ethernet II的报文格式如图2-32所示，具体的字段含义如下所述。
（1）Destination Address：目的地址，字段长度为6 B，表示接收端的物理地址，即通常所说的MAC地址。目的地址是一个用48 bit的二进制数表示的地址。
（2）Source Address：源地址，字段长度为6 B，表示发送端的物理地址。源地址也是一个用48 bit的二进制数表示的地址。
（3）Type/Length：类型/长度，字段长度为2 B，表示帧数据的长度或上层应用的类型，该字段的值为0～1500时表示长度，值为1536～65535时表示上层的协议类型，如0x0800表示IP、0x0806表示ARP。在普通的数据帧时，该字段表示Type；当封装Dot1Q数据帧时，该字段表示Length，Type由Dot1Q字段中的TPID表示。
（4）Data：数据，可变长度，字段长度为46～1500 B。
（5）FCS：帧校验序列，一般是循环冗余校验，字段长度为4 B，是对整个数据封装的校验。
图2-32 Ethernet II的报文格式
Ethernet II的报头长度是18 B，数据的最小长度是46 B、最大长度为1500 B，整个报文长度是64～1518 B。最大长度也称为最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）。
在以太网中，当MAC层检测到小于64 B的数据帧（Data Frame）时会把该数据帧当成残帧丢弃。如果确实有小于64 B的数据帧要传输，则通过填充内容为0的八位组的方式来补齐到64 B，填充内容不作为IP数据包的一部分，也不包含在报头的总字段长度中。这是一个非常巧妙的设计，既保证了小于最小帧长度的数据得以正常传输，又避免了把填充数据当成正常业务数据。
我们通常将以太网数据帧最大长度（MTU）设置是1500 B，也就是说通过以太网发送的数据包的最大长度是1500 B。一般的网关设备都支持全长数据帧，如有必要还会对其进行分段。在接收端，如果系统无法接收全长数据帧，则应采取措施阻止这种发送，如设置TCP的最大分段大小选项，即大块数据在发送时就会被先分段。
以上关于以太网数据帧长度，超小数据帧和超大数据帧的处理参考自RFC 894，文档链接地址为https://datatracker.ietf.org/doc/rfc894/？include_text=1。
在实际中，1500 B是默认的以太网数据帧最大长度，但不是固定的，用户可以根据需要修改其大小，尤其是在网络设备之间互联时，如交换机之间的互联，可通过开启Jumbo Frame的方式来传输更大的数据帧。其实，在目前的大多数交换机中，在1 Gbps及以上速率的设备之间链路上，都使用更大的MTU，如9216 B、10232 B等。在帧封装开销不变的情况下，增大MTU可以提高数据传输效率。
在Wireshark中显示的一个典型以太网数据帧示例如图2-33所示。
图2-33 在Wireshark中显示的一个典型以太网数据帧示例
从图2-33中可以看到如下信息：
源MAC地址是00:1e:65:28:2f:26；
目的MAC地址是20:a6:80:64:a3:5d；
封装的协议是IP（0x0800）。
Ethernet II的数据帧信息是网络接入层中的LLC层的信息，其内容已经开始包含数据层面的信息。
以太网是二层局域网中的事实标准，有“一统天下”之势。但局域网本身也存在一些问题，例如：①没有老化机制，当发生环路时，一个数据帧可以在二层网络中无限传输，直到环路消失为止；②二层网络中缺少类似ICMP的跟踪定位工具协议，帧结构相对简单，很难定位网络问题；③48 bit的MAC地址在未来已经无法满足实际需求。
数据链路层封装当初是怎么被设计出来的呢？如果没有这一层封装，又会带来什么问题呢？
二层网络有两个好处：①具有VLAN，通过VLAN可以使组网变得更加简单方便，成本低廉；②数据链路层进行了介质无关封装，使IP能够轻松应用于各种传输介质。对于网络层（或IP）来说，不管底层的传输介质是光、铜线，还是电磁波，更不用管载波信号是电、光，还是载波，也不用管传输速率、数据编码、介质访问控制的方式等，只要做好寻址（网际互联）就好了。如果IPv6发展出合适的扩展报头及处理机制，那么网络接入层是否可以只进行硬件差异屏蔽，不用进行封装与转发呢？如果不封装，那么又该如何屏蔽差异、如何统一地向上层提供服务呢？工程实现的复杂度又该如何解决？如果上面的问题都能解决，数据链路层被取代也不是没有可能，IPv6交换机也不是没有可能。关键是以上相互矛盾的问题能解决吗？
MPLS及其他其他依赖以太网的技术又该怎么办呢？对它们将产生什么样的影响呢？有什么替代的方案吗？
从数据链路层封装到直接在网络层封装，该如何过渡呢？两种封装应该如何共存呢？
TCP/IP将网络接入层划为逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）层和介质访问控制（Media Access Control，MAC）层。介质访问控制地址是最受我们关注的一个存在，它有48 bit，经常用12个十六进制数来表示。MAC地址的特点如下：
（1）MAC地址一个烧录（Burn In）地址，一次写入，不再更改。
（2）MAC地址的前24 bit是组织唯一标识符（Organizationally Unique Identifier，OUI），表示一个组织，可以通过链接https://mac-oui.com/可查询OUI和组织的对应关系。
（3）MAC地址的后24 bit是流水号，即某个组织分配的产品序号，所以设备的MAC地址在正常情况下是不会重复的。
（4）MAC地址的唯一性，可以帮助我们锁定某一台设备。
MAC地址是由IANA通过在线数据库管理的，该在线数据库的链接地址是https://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers/ethernet-numbers.xhtml。
有关IP地址与MAC地址的一个问题。
既然有了IP地址，为什么还需要MAC地址？或者说有了MAC地址还需要IP地址吗？
地址是标识。既然是标识，就要考虑两个问题：一是标识空间，即能标识多少对象；二是标识目的，标识的目的是区别和辨识，地址标识还涉及到寻址，从MAC地址的寻址空间和地址结构来看，它在设计之初并没有充分考虑好寻址的需要，只是实现了本地化的标识和有限范围的寻址。实际上，MAC地址和IP地址是各自独立，谁也替代不了谁的。MAC地址是以太网标识，而以太网所承载的业务并不仅仅只有IP，能承载IP业务的链路类型也不仅仅只有以太网。虽说IP与介质无关，其实还是通过模块化思想来降低问题复杂度，进而解决问题的。如果IP的下层采用PPP、HDLC、Frame Relay或ATM等进行封装，哪里还有什么MAC地址；如果以太网对上层提供MPLS或IS-IS，哪里还有什么IP地址。
在中继链路上通常要承载多个VLAN，为了区分不同的VLAN数据帧，就需要为不同的VLAN数据帧添加一个标识，这个标识就是VLAN Tag。在本地链路上传输VLAN数据帧不需要添加VLAN Tag（也称为打Tag），只有中继链路上传输VLAN数据帧时才需要打Tag。
802.1Q也称为Dot1Q，是IEEE标准，用于标识中继链路上的VLAN数据帧，最多支持4094个VLAN。Dot1Q会对原始的数据帧进行修改，在源MAC地址（Source Address）和长度类型（Length/Type）字段之间加入4 B的Dot1Q Tag，并重新计算帧校验序列（FCS）。
Dot1Q的帧结构如图2-34所示，各字段的含义如下所述。
图2-34 Dot1Q的帧结构
（1）TPID：协议标识符（Tag Protocal Identifier），字段长度为3 B，用来标识上层协议，与以太网报文中的Type/Length字段作用一样，而此时的Type/Length字段只表示Length。
（2）PRI：优先级（Priority），字段长度为3 bit，只能表示0～7，可用于部署QoS。
（3）CFI：权威格式标识（Canonical Format Indicator），字段长度为1 bit，用于兼容令牌环，0表示以太网，MAC地址是权威格式；1表示令牌环，MAC地址不是权威格式。
（3）VID：VLAN ID，字段长度为12 bit，可表示0～4095，即2 12 ，共4096个VLAN ID。
在Wireshark中显示的一个Dot1Q帧示例如图2-35所示。
从图2-35中可以看到如下信息：
这是一个Ethernet II数据帧；
目的MAC地址是54:89:98:51:27:dd；
源MAC地址是54:89:98:f2:51:2a；
Type值是0x8100，是Dot1Q帧。
Dot1Q帧封装中各字段的含义如下：
PRI是0（默认值），尽力而为转发；
CFI是0，表示是MAC地址是权威格式；
VLAN ID是10；
Type值是0x0800，表示上层协议是IPv4。
图2-35 在Wireshark中显示的一个Dot1Q帧示例