Same-link delivery: ARP, MAC learning и switch

Overview

Если destination IPv4 address находится в том же prefix, компьютер A доставляет packet непосредственно следующему hop — компьютеру B. Сначала route decision определяет on-link destination, затем ARP разрешает IPv4 address 192.0.2.20 в MAC-B. Ethernet frame всё ещё несёт end-to-end IP destination, но его destination MAC относится только к этому LAN.

Switch не читает application payload «Привет» для forwarding decision. Он обучается по source MAC ingress frames и ищет destination MAC в forwarding table. Broadcast и unknown unicast могут flood-иться в пределах VLAN; NIC/host затем решает, относится ли frame или ARP request к нему.

Components

• route decision — сравнение destination IP с connected prefixes и выбор on-link next hop.
• ARP neighbor cache — mapping IPv4 next-hop address → link-layer address.
• NIC A / NIC B — формирование, filtering и приём Ethernet frames.
• switch MAC table — mapping learned source MAC addresses to output ports.
• host C — показывает broadcast visibility и host-side filtering.
• socket/process B — upper-layer destination после успешной link delivery.

Scenarios

1. ARP miss — broadcast request и unicast reply создают neighbor cache entry.
2. Unicast delivery — frame с destination MAC-B проходит switch и доставляет 12-byte payload «Привет» стеку B.
3. Flooding and timeout — broadcast видят другие hosts, но offline B не отвечает, и A не получает usable MAC mapping.

Failure modes

• Использовать ARP для IPv6: IPv6 neighbor discovery использует ICMPv6, а не ARP.
• Искать MAC удалённого Internet server: для remote IPv4 destination sender разрешает MAC своего gateway.
• Путать switch и router: switch forwards frames по MAC внутри link domain, router forwards packets между IP networks.
• Считать flooding гарантией delivery: отсутствие ARP reply оставляет neighbor resolution незавершённым.

References

• RFC 826: An Ethernet Address Resolution Protocol
• RFC 1122: Address Resolution Protocol requirements
• IEEE 802.1D MAC Bridges
• IEEE 802.3 Ethernet Working Group