1. Пакеты не конвертируются друг в друга, а вкладываются. То есть в типичном пакете имеются сразу три заголовка - Ethernet, IP и TCP. И когда маршрутизатор решает куда отправить пакет дальше, смотрит только на заголовок IP. У маршрутизатора существует таблица маршрутизации, которая указывает какие IP адреса на какой интерфейс отправлять. Непосредственно перед отправкой маршрутизатор перезапишет ethernet заголовок и вставит в него свой MAC в поле "source MAC address", а MAC выбранного следующего получателя в поле "destination mac address".
Но в таком случае ведь все-равно в ethernet нельзя закольцовывать пути, а маршрутизаторы по-любому где-нибудь закольцованы.
Верно. Но обычно кольца не являются проблемой, так как легко разруливаются при помощи протокола STP. Иногда кольца делают даже специально для автоматического фэиловера.
2. Упаковка в Ethernet может быть пропущена только если источник пакета по каким-то своим внутренним соображениям решает не отправлять его. Например, если сработало запрещающее правило фаервола. Очевидно, что такой пакет не покинет своего места рождения. И, кстати, Ethernet - это ещё не физический уровень.
3. Ethernet используется в локальных сетях. И топология LAN на это не влияет - с маршрутизатором или без него.
4. Если есть чисто локалка на свиче, то сетевой уровень по-любому используется?
Да, сетевой уровень используется и здесь.
Допустим с датаграммы udp упаковка в ip пакет, затем только в кадр ethernet?
Да, UDP заворачивается сначала в IP, а затем в Ethernet.
И по-любому отрабатывают dhcp и arp?
DHCP не является обязательным для применения (он, кстати, работает поверх UDP). ARP тоже может не использоваться, если в этой сети не используется IP адресация (а вот ARP уже самостоятельный протокол канального уровня, который упаковывается только в Ethernet).
5. Во времена до изобретения Ethernet использовались другие протоколы. Соответственно, и оборудование было другое, поддерживающее данные протоколы.
