计算机网络——数据链路层

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计算机网络——数据链路层
计算机网络综合篇——当键入网址后，到网页显示，其间发生了什么？

概述

链路是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，数据链路则是在链路的基础上增加了一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）
网络中的主机、路由器等都必须实现数据链路层

局域网中的主机、交换机等都必须实现数据链路层

从层次上来看数据的流动

仅从数据链路层观察帧的流动

主机H1 到主机H2 所经过的网络可以是多种不同类型的
注意：不同的链路层可能采用不同的数据链路层协议

MAC地址和ARP协议

认识 MAC 地址

MAC 地址的全称是 Media Access Control Address ，译为媒体访问控制地址，它是⽹络上以太⽹或⽹络适配器的唯⼀标识符。MAC 地址能够区分不同的⽹络接⼝，并⽤于多种⽹络技术，尤其是⼤多数 IEEE 802 ⽹络。

MAC 地址也称为物理地址，硬件地址和⽼化地址。

MAC 地址主要⽤于识别数据链路中互联的节点，如下图所示

MAC 地址⻓ 48 bit，在使⽤ ⽹卡(NIC) 的情况下，MAC 地址⼀般都会烧⼊ ROM 中。因此，任何⼀个⽹卡的MAC 地址都是唯⼀的。MAC 地址的结构如下

MAC 地址中的 3 - 24 位表示⼚商识别码，每个 NIC ⼚商都有特定唯⼀的识别数字。25 - 48 位是⼚商内部为识别每个⽹卡⽽⽤。因此，可以保证全世界不会有相同 MAC 地址的⽹卡。

MAC 地址也有例外情况，即 MAC 地址也会有重复的时候，但是问题不⼤，只要两个 MAC 地址是属于不同的数据链路层就不会出现问题。

ARP 是什么

ARP 协议的全称是 Address Resolution Protocol(地址解析协议) ，它是⼀个通过⽤于实现从 IP 地址到MAC 地址的映射，即询问⽬标 IP 对应的 MAC 地址 的⼀种协议。ARP 协议在 IPv4 中极其重要。

注意：ARP 只⽤于 IPv4 协议中，IPv6 协议使⽤的是 Neighbor Discovery Protocol，译为邻居发现协议，它被纳⼊ ICMPv6 中。

简⽽⾔之，ARP 就是⼀种解决地址问题的协议，它以 IP 地址为线索，定位下⼀个应该接收数据分包的主机 MAC地址。如果⽬标主机不在同⼀个链路上，那么会查找下⼀跳路由器的 MAC 地址。

ARP 的⼯作机制

下⾯我们探讨⼀下 ARP 的⼯作机制是怎样的。假设 A 和 B 位于同⼀链路，不需要经过路由器的转换，主机 A 向主机 B 发送⼀个 IP 分组，主机 A 的地址是 192.168.1.2 ，主机 B 的地址是 192.168.1.3，它们都不知道对⽅的MAC 地址是啥，主机 C 和 主机 D 是同⼀链路的其他主机。

主机 A 想要获取主机 B 的 MAC 地址，通过主机 A 会通过 ⼴播 的⽅式向以太⽹上的所有主机发送⼀个 ARP 请求包 ，这个 ARP 请求包中包含了主机 A 想要知道的主机 B 的 IP 地址的 MAC 地址。

主机 A 发送的 ARP 请求包会被同⼀链路上的所有主机/路由器接收并进⾏解析。每个主机/路由器都会检查 ARP请求包中的信息，如果 ARP 请求包中的 ⽬标 IP 地址 和⾃⼰的相同，就会将⾃⼰主机的 MAC 地址写⼊响应包返回主机 A

由此，可以通过 ARP 从 IP 地址获取 MAC 地址，实现同⼀链路内的通信。