TCP/IP 卷Ⅰ协议-数据链路层

链路层

简介：从前一章节可以看出，TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的：

1. 为IP模块接收和发送数据报
2. 为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答
3. 为RARP模块发送RARP请求和接收RARP应答

TCP/IP支持多种类型的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网等。
本文主要讨论的是以太网链路层协议，两个串行接口链路层协议（SLIP 和 PPP ），以及大部数实现都包含的环回（loop back） 驱动程序。

1.、以太网和IEEE 802封装

在TCP/IP族中，以太网IP数据报的封装是在 RFC 894中定义的,IEEE 802网络的IP数据报分装实在RFC 1042中定义的。主机需求RFC要求每台Internet主机都与一个10Mb/s的以太网电缆相连接：

1. 必须能发送和接收采用RFC 894封装格式的分组
2. 应该能接收与RFC 894混合的RFC 1042封装格式的分组
3. 也许能够发送采用RFC 1042格式封装的分组。如果主机能同时发送两种类型的分组数据，那么发送的分组必须是可以设置，而且默认条件下必须是RFC 894分组。

最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。

下图显示了两种不同形式的封装格式；

封装格式

两种帧格式都采用48bit（6字节）的目的地址和源地址，这就是我们在本书中所称的硬件地址。ARP 和RARP对32 bit的IP地址和48 bit的硬件地址进行映射；
接下来的两个字节在两种帧格式中互不相同。在802标准定义的帧格式中，长度字段表示它后续字段的字节长度，但不包括CRC检验码。以太网的类型字段的定义了后续数据的类型。在802标准定义的帧格式中，类型字段则由后续的子网接入协议（ Sub-network Access Protocol，SNAP）的首部给出。幸运的是，802定义的有效长度值与以太网的有效类型值无一相同，这样，就可以对两种帧格式进行区分.
在以太网帧格式中，类型字段之后就是数据；而在 802帧格式中，跟随在后面的是 3字节的802.2 LLC和5字节的802.2 SNAP。目的服务访问点（ Destination Service Access Point,D S A P）和源服务访问点（Source Service Access Point, SSAP）的值都设为0xaa。Ctrl字段的值设为3。随后的3个字节orgcode都置为0。再接下来的2个字节类型字段和以太网帧格式一样（其他类型字段值可以参见 RFC 1340 [Reynolds and Postel 1992]）。CRC字段用于帧内后续字节差错的循环冗余码检验（检验和）（它也被称为FCS或帧检验序列）。802.3标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。802.3规定数据部分必须至少为 38字节，而对于以太网，则要求最少要有 46字节。为了保证这一点，必须在不足的空间插入填充（pad）字节。在开始观察线路上的分组时将遇到这种最小长度的情况。在本书中，我们在需要的时候将给出以太网的封装格式，因为这是最为常见的封装格式。

2、尾部封装

现在已经遭到反对，故不再讲解；

3、SLIP:串行线路IP

SLIP全称为：Serial Line Ip 。它是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式，

它的要求如下：

1. IP数据报以一个称作 END (0xc0) 的特殊字符结束；同时为防止线程噪声的干扰，大多数实现在数据报的开始也加入一个END字符。
2. 如果IP报文中含有END字符，则使用连续传输两个字节 0xdb （也被称为SLIP的ESC字符）和0xdc来取代它.
3. 如果报文中某个字符为SLIP的ESC字符，那么就要连续传输两个字节0xdb 和0xdd取代它。

一个简单的例子如下：

SLIP

SLIP是一种简单的帧封装方法，还有一些值得一提的缺陷：

1. 每一端都必须知道对方的IP地址，没有办法把本端的IP地址通知给另一端。
2. 数据帧中没有类型字段，类似于以太网中的类型字段，如果一条串行线路用于SLIP，它就不能同时使用其他协议；
3. SLIP没有校验和，类似于以太网的CRC字段，如果传输报文受到线路噪声影响而发生错误，只能通过上层协议来实现。

4、PPP:点对点协议

点对点协议，修改了SLIP协议中的所有缺陷；

5、环回接口

大多是产品都支持环回接口，以允许运行在同一台主机上的客户程序与服务器程序通过TCP/IP进行通信。A 类网络好 127就是为环回接口预留的。大多显示系统把IP 地址为 127.0.0.0分配给环回接口，命名为localhost。
一旦传输层检测到目的端地址为环回地址时，可以省掉部分传输层与所有网络层的逻辑操作。

下面时环回接口处理IP数据报的简单过程：

环回接口

关键点：

1. 传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。
2. 任何传给该主机IP地址的数据均送到环回接口。
3. 传给环回地址的任何数据均作为IP输入。

6、最大传输单元 MTU

以太网和802.3 对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别为1500 和1492字节。链路层的这个特性称作MTU,最大传输单元。
如果IP层有一个数据报长度比链路层的MTU要大，则要对该数据报进行分片操作，要求每一片都小于MTU

7、路径MTU

当在同一网络上的两台主机进行互相通信时，该网络的MTU就会很重要了。此时，两台通信主机路径中的最小MTU，被称为此路径的路径MTU。
详细内会在后续章节进行解读；

8、穿行线路吞吐量计算

线路速度为 V b/s，而一个字节为 a bit ,再加上其实和结束 bit，则线路的速率为 v= V/(a+2) B/s. 而一个分组为 m 字节，则需要时间为： m/v ms;