Как маршрутизаторы связываются друг с другом?

маршрутизация IP-пакетов довольно сложна, и ключ к пониманию заключается в том, чтобы знать, что практически каждый маршрутизатор точно не знает, куда идет пакет. Он просто знает, что что маршрутизатор там знают лучше, чем чтобы отправить пакет к ним. Вы можете использовать аналогию с градиентом концентрации для феромона.

Ваши конкретные вопросы:

(0. MAC-адреса являются локальными и зависят от Ethernet в любом случае. Высокоемкие соединения само некоторо нет локальных сетей, но вместо используют различные протоколы над стекловолокном.)

1. нет. Здесь нет свободного места.
2. маршрутизаторы говорят друг другу маршруты к подсетям; только локальные маршрутизаторы должны иметь возможность отправлять на определенные машины (и это то, что MAC-адреса и ARP для). Маршрутизаторы говорят друг с другом о маршрутах через BGP; время от времени к некоторым, некоторые провайдеры путают там и большие куски интернет перестает работать. Единственная причина никто не делает это намеренно, потому что есть так много машин, большинство из них тупые и бессмысленные, что никто хочет получить все это; даже параноидальные диктатуры имеют лучшие дела со своим временем.
3. Да, это волоконно-оптические кабели. Нормальное радио было бы слишком шумным, спутник слишком медленным (это долгий путь к геосинхронной орбите), а медные кабели работают, но не имеют мощности.