计算机网络原理（数据链路层）
目录
数据链路层
1. 认识以太网
1.1 以太网帧格式
1.2 认识MAC地址
2. 对比理解MAC地址和IP地址
3. 认识MTU
3.1 MTU对IP协议的影响
3.2 MTU对UDP协议的影响
3.3 MTU对于TCP协议的影响
4. ARP协议
4.1 ARP协议的作用
4.2 ARP协议的工作流程
数据链路层
假设老湿要回老家
1. 规划总路线
2. 每个相邻节点之间如何传输数据
1. 认识以太网
"以太网" 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内容, 也包含了一些 物理层的内容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速率等
例如以太网中的网线必须使用双绞线; 传输速率有10M, 100M, 1000M等
以太网是当前应用最广泛的局域网技术; 和以太网并列的还有令牌环网, 无线LAN等
1.1 以太网帧格式
以太网的帧格式如下所示：
源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址), 长度是48位,是在网卡出厂时固化的
帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP
帧末尾是CRC校验码
1.2 认识MAC地址
MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点
长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的 mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址)
2. 对比理解MAC地址和IP地址
IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点
MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点
3. 认识MTU
MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制. 这个限制是不同的数据链路对应的物理层, 产生的限制
以太网帧中的数据长度规定最小46字节,最大1500字节,ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位
最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU),不同的网络类型有不同的MTU
如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上,数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据 包进行分片(fragmentation)
不同的数据链路层标准的MTU是不同的
3.1 MTU对IP协议的影响
由于数据链路层MTU的限制, 对于较大的IP数据包要进行分包
将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签
每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的
每个小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位置为0, 表示允许分片, 第3位来表示结束标记(当前是否是最后一个小包, 是的话置为1, 否则置为0)
到达对端时再将这些小包, 会按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层
一旦这些小包中任意一个小包丢失 , 接收端的重组就会失败. 但是IP层不会负责重新传输数据
3.2 MTU对UDP协议的影响
一旦UDP携带的数据超过1472(1500 - 20(IP首部) - 8(UDP首部)), 那么就会在网络层分成多个IP数据报
这多个IP数据报有任意一个丢失, 都会引起接收端网络层重组失败. 那么这就意味着, 如果UDP 数据报在网络层被分片, 整个数据被丢失的概率就大大增加了
3.3 MTU对于TCP协议的影响
TCP的一个数据报也不能无限大, 还是受制于MTU. TCP的单个数据报的最大消息长度, 称为 MSS(Max Segment Size)
TCP在建立连接的过程中, 通信双方会进行MSS协商
最理想的情况下, MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度(这个长度仍然是受制于数据 链路层的MTU)
双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值
然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS
MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2)
4. ARP协议
ARP不是一个单纯的数据链路层的协议, 而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议
4.1 ARP协议的作用
ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系
在网络通讯时,源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号,却不知道目的主机的硬件地址
数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的,如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符, 则直接丢弃
因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址
4.2 ARP协议的工作流程
发送数据的时候:最开始构造的是IP数据包,然后才是数据链路层的数据帧，最开始构造的是IP数据包,然后才是数据链路层的数据帧
路由器就需要把当前的数据包,转发到下一个设备上~~
如何获取到下一个设备是谁?那就需要知道下一个设备的mac地址~~ (明确了mac地址,才能构造出一个具体的以太网数据帧)
获取下一个设备是谁,先获取到下一个设备的IP(查路由表就能确定)
