TCP/IP 2.链路层

链路层主要有三个目的：
（1）为I P模块发送和 接收I P数据报；
（2）为A R P模块发送A R P请求和接收A R P应答；
（3）为R A R P发送R A R P请 求和接收R A R P应答。
T C P / I P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、F D D I（光纤分布式数据接口）及R S-2 3 2串行线路等。

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（DigitalEquipment Corp. ）、英特尔公司（ IntelCorp.）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。文献[Stallings 1987] 对所有的 IEEE 802 标准进行了 详细的介绍。
在TCP/IP世界中，以太网IP数据报的封装是在RFC 894[Hornig1984]中定义的， IEEE 802 网络的IP数据报封装是在RFC 1042[Posteland Reynolds 1988] 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（以太网）封装格式的分组。
2) 应该能接收与 RFC 894混合的 RFC 1042（IEEE 802）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的，而且默认条件下必须是RFC 894分组。
最常使用的封装格式是RFC894 定义的格式。图 2-1显示了两种不同形式的封装格式。图 中每个方框下面的数字是它们的字节长度。
两种帧格式都采用 48 bit（6字节）的目的地址和源地址（802.3允许使用 16bit的地址，但 一般是 48 bit地址）。这就是我们在本书中所称的硬件地址。 ARP和RARP协议（第4章和第5章） 对32 bit的IP地址和 48 bit的硬件地址进行映射。

SLIP：串行线路IP

SLIP的全称是 SerialLine 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 RFC1055[Romkey 1988] 中有详细描述。 SLIP适用于家庭中每台计算机几乎都有的 RS-232串行端口和高速调制解调器接入 Internet。
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 I P 报文中某个字符为 E N D ，那么就要连续传输两个字节 0 x d b和 0 x d c 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。
图2-2中的例子就是含有一个END字符和一个ESC字符的IP报文。在这个例子中，在串行 线路上传输的总字节数是原IP报文长度再加4个字节。

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， 那么它不能同时使用其他协议。
3)SLIP没有在数据帧中加上检验和（类似于以太网中的 CRC字段）。如果 SLIP传输的报 文被线路噪声影响而发生错误，只能通过上层协议来发现（另一种方法是，新型的调制解调 器可以检测并纠正错误报文）。这样，上层协议提供某种形式的CRC就显得很重要。在第3章 和第 17章中，我们将看到IP首部和TCP首部及其数据始终都有检验和。在第11章中，将看到 UDP首部及其数据的检验和却是可选的。
尽管存在这些缺点， SLIP仍然是一种广泛使用的协议。
SLIP的历史要追溯到 1984年，RickAdams第一次在4.2BSD系统中实现。尽管它本 身的描述是一种非标准的协议，但是随着调制解调器的速率和可靠性的提高， SLIP越 来越流行。现在，它的许多产品可以公开获得，而且很多厂家都支持这种协议。

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。

P P P比S L I P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I P协议；(2) 每一帧都有循环冗余检验； (3) 通信双方可以进行I P地址的动态协商(使用 I P网络控制协议)；(4) 与C S L I P类似，对T C P和I P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。

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 T C P / I P进行通信。A类网络号1 2 7就是为环回接口预留的。根据惯例， 大多数系统把I P地址1 2 7 . 0 . 0 . 1分配给这个接口，并命名为l o c a l h o s t。一个传给环回接口的I P数 据报不能在任何网络上出现。

图中需要指出的关键点是：
1) 传给环回地址（一般是 127.0.0.1）的任何数据均作为 IP输入。
2) 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。这是因为广播传送和多播传送的定义（第12章）包含主机本身。
3) 任何传给该主机 IP地址的数据均送到环回接口。

参考：http://blog.csdn.net/dlutbrucezhang/article/details/8700116