第二章 链路层

在 TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的：（1）为IP模块发送和 接收IP数据报；（ 2）为ARP模块发送 ARP请求和接收 ARP应答；（ 3）为RARP发送RARP请 求和接收 RARP应答。TCP/IP支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以 太网、令牌环网、 FDDI（光纤分布式数据接口）及 RS - 232串行线路等。

2.2  以太网和IEEE 802封装

以太网这个术语一般是指数字设备公司（ Digital Equipment Corp. ）、英特尔公司（ Intel Corp.）和 Xerox公司在 1982年联合公布的一个标准。它是当今 TCP/IP采用的主要的局域网技 术。它采用一种称作 CSMA/CD的媒体接入方法，其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率为 10 Mb/s，地址为 48 bit。 几年后， IEEE（电子电气工程师协会） 802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个 CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络， 802.5针对令牌环网络。这三者的共 同特性由 802.2标准来定义，那就是 802网络共有的逻辑链路控制（ LLC）。不幸的是， 802.2和 802.3定义了一个与以太网不同的帧格式。

2.4     SLIP：串行线路IP

SLIP的全称是 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，在 RFC 1055[Romkey 1988]中有详细描述。

下面的规则描述了 SLIP协议定义的帧格式：

1) IP 数据报以一个称作 END（0xc0）的特殊字符结束。同时，为了防止数据报到来之前 的线路噪声被当成数据报内容，大多数实现在数据报的开始处也传一个 END字符（如果有线 路噪声，那么 END字符将结束这份错误的报文。这样当前的报文得以正确地传输，而前一个 错误报文交给上层后，会发现其内容毫无意义而被丢弃）。

2) 如果 IP报文中某个字符为 END，那么就要连续传输两个字节 0xdb和0xdc来取代它。

0xdb这个特殊字符被称作 SLIP的ESC字符，但是它的值与 ASCII码的ESC字符（0x1b）不同。

3) 如果IP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来 取代它。

 

2.6     PPP：点对点协议

PPP，点对点协议修改了 SLIP协议中的所有缺陷。 PPP包括以下三个部分：

1) 在串行链路上封装 IP数据报的方法。 PPP既支持数据为 8位和无奇偶检验的异步模式

（如大多数计算机上都普遍存在的串行接口），还支持面向比特的同步链接。

2) 建立、配置及测试数据链路的链路控制协议（ LCP：Link Control Protocol）。它允许通 信双方进行协商，以确定不同的选项。

3) 针对不同网络层协议的网络控制协议（ NCP：Network Control Protocol）体系。当前 RFC定义的网络层有 IP、OSI网络层、 DECnet以及AppleTalk。

每一帧都以标志字符 0x7e开始和结束。紧接着是一个地址字节，值始终是 0xff，然后是一 个值为0x03的控制字节。

总的来说， PPP比SLIP具有下面这些优点： (1) PPP支持在单根串行线路上运行多种协议， 不只是 IP协议； (2)  每一帧都有循环冗余检验； (3)  通信双方可以进行 IP地址的动态协商(使用 IP网络控制协议)； (4)  与CSLIP类似，对 TCP和IP报文首部进行压缩； (5) 链路控制协议可以 对多个数据链路选项进行设置。为这些优点付出的代价是在每一帧的首部增加 3个字节，当建 立链路时要发送几帧协商数据，以及更为复杂的实现。

 

2.7     环回接口

大多数的产品都支持环回接口（ Loopback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户 程序和服务器程序通过 TCP/IP进行通信。 A类网络号 127就是为环回接口预留的。根据惯例， 大多数系统把 IP地址127.0.0.1分配给这个接口，并命名为 localhost。一个传给环回接口的 IP数 据报不能在任何网络上出现。

2.8     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，其最大值分别是 1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU，最大传输单元。如果 I P层有一个数据报要传，而且数 据的长度比链路层的 MTU还大，那么 IP层 就需要进行分片（ fragmentation），把数据报分成若干片，这样每一片都小于 M T U。

 

2.9  路径MTU

当在同一个网络上的两台主机互相进行通信时，该网络的 MTU是非常重要的。但是如果 两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的 MTU。重要的 不是两台主机所在网络的 MTU的值，重要的是两台通信主机路径中的最小 MTU。它被称作路 径MTU。

两台主机之间的路径 MTU不一定是个常数。它取决于当时所选择的路由。而选路不一定 是对称的（从 A到B的路由可能与从 B到A的路由不同），因此路径 MTU在两个方向上不一定是 一致的。

RFC 1191[Mogul and Deering 1990] 描述了路径 MTU 的发现机制，即在任何时候确定路径 MTU 的方法。