网络基础（三）：数据链路层

喜欢ヅ旅行 2023-01-01 13:57 195阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、数据链路层的概念
 *  二、认识以太网
 *   *  2.1 认识MAC地址
     *  2.2 以太网帧格式
     *  2.3 认识MTU
     *   *  2.3.1 MTU对IP协议的影响
         *  2.3.2 MTU对UDP协议的影响
         *  2.3.3 MTU对于TCP协议的影响
 *  三、ARP协议
 *   *  3.1 ARP协议的作用
     *  3.2 ARP协议的工作流程
     *  3.3 ARP数据报的格式
     *  3.4 ARP缓存表

# 一、数据链路层的概念 #

用于两个设备(同一种数据链路节点)之间进行传递。

# 二、认识以太网 #

## 2.1 认识MAC地址 ##

1.  MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
2.  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)
3.  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)

## 2.2 以太网帧格式 ##

![在这里插入图片描述][20210103105858554.png]  
**目的地址**：目的MAC地址  
**源地址**：源MAC地址  
**类型**：指的是上层使用什么协议  
**数据**：有效载荷，如果当前数据不到46字节，则需要补0，使得属于长度满足\[46,1500\]的范围  
**CRC校验**：判断数据的完整性

## 2.3 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。

1.  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;
2.  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);
3.  不同的数据链路层标准的MTU是不同的。

### 2.3.1 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。

1.  将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签;
2.  每个小包IP协议头的16位标识(id) 都是相同的;
3.  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);
4.  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;
5.  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。

### 2.3.2 MTU对UDP协议的影响 ###

1.  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；
2.  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。

### 2.3.3 MTU对于TCP协议的影响 ###

1.  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);
2.  TCP在建立连接的过程中, 通信双方会进行MSS协商；
3.  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)；
4.  双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值；
5.  然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS；
6.  MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2)

**如果MSS+tcp\_h+ip\_t <= MTU，则当IP协议拿到TCP数据包的时候，不需要分片传输。**  
![在这里插入图片描述][20210103150809225.png]  
使用ifconfig命令，即可查看ip地址，mac地址和MTU。

# 三、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。

## 3.1 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。

1.  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;
2.  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;
3.  因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。

## 3.2 ARP协议的工作流程 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 3.3 ARP数据报的格式 ##

![在这里插入图片描述][20210103153208568.png]  
**ARP数据报=以太网首部+28字节ARP请求/应答**

**以太网目的地址**：0xFFFFFFFFFFFF，表示说给当前子网当中的所有机器广播  
**以太网源地址**：ARP请求/应答发出去机器的MAC地址  
**帧类型**：ARP协议  
**硬件类型**：指的是当前的网络类型，一般都是以太网  
**协议类型**：ipv4协议  
**硬件地址长度**：MAC地址长度  
**协议地址长度**：ipv4的ip地址长度  
**op(option)**：1表示ARP请求，2表示ARP应答  
**发送端以太网地址**、**发送端IP地址**、**目的以太网地址**、**目的IP地址**不再解释

## 3.4 ARP缓存表 ##

保存ip和MAC地址的映射关系；用arp -a命令查看![在这里插入图片描述][20210103154753815.png]  
arp缓存表当中的每一项都是有老化时间的（时效），而老化时间是20min，一旦超过20min就重新获取。

[20210103105858554.png]: /images/20221120/4e9cfd20b1254ddaab446d6f8d82f7f6.png
[20210103150809225.png]: /images/20221120/2d0bb35cfbb44f7481286784fa1b0f69.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/88af2dc059e145f7b7368049954b8c24.png
[20210103153208568.png]: /images/20221120/14c41542a2e9449c9f40381531c663ab.png
[20210103154753815.png]: /images/20221120/9d5b03e2faf64127a5ac5714738bc22b.png