Java EE|TCP/IP协议栈之数据链路层协议详解

女爷i 2024-03-26 14:02 61阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  一、数据链路层协议感性认识
     *   *  数据链路层简介
         *  以太网简介
         *  特点
     *  二、以太网数据帧格式详解
     *   *  帧头
         *  不同类型对应的载荷
     *  三、关于MTU
     *   *  什么是MTU
         *  MTU有什么作用
         *  ip分片（了解）
     *  参考

### 一、数据链路层协议感性认识 ###

#### 数据链路层简介 ####

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DBE89r85-1677298755556)(F:\\typora插图\\image-20230225104751280.png)\]][img-DBE89r85-1677298755556_F_typora_image-20230225104751280.png]

从上图可以看出 ， 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。

实际上，各个设备之间在数据传输时，数据链路层和物理层都是必不可少的。众所周知，计算机以二进制0、1来表示信息，然而实际的通信媒介之间处理的却是电压的高低、光的闪灭以及电波的强弱等信号。把这些信号与二进制的0、1进行转换正是物理层的责任。数据链路层处理的数据也不是单纯的0、1序列，该层把它们集合为一个叫做\*\*“帧”\*\*的块，然后再进行传输。

#### 以太网简介 ####

在众多数据链路中最为著名、使用最为广泛的莫过于**以太网（Ethernet）**。

那么具体什么叫做以太网呢？

以太网是一种计算机局域网技术。

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 。

> 以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道的才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。（这个名字来源于19世纪的物理学家假设的[电磁辐射][Link 1]媒体-[光以太][Link 2]。后来的研究证明光以太不存在。） 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把[以太网卡][Link 3]直接集成进计算机[主板][Link 4]。

#### 特点 ####

实时性、确定性

### 二、以太网数据帧格式详解 ###

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-n59zkC3e-1677298755558)(F:\\typora插图\\image-20230225115552068.png)\]][img-n59zkC3e-1677298755558_F_typora_image-20230225115552068.png]

#### 帧头 ####

下边我们来探讨下边几个问题：

1.这里为什么要再单独弄出来一套地址体系？用原来的ip地址不可以吗？

简而言之，这是一个历史故事。当然可以。

再最初大佬们研发初代ip协议栈的时候，研发网路层和数据链路层协议的是两伙人，他们各自研发了一套地址协议。

该不是特别好改，后来干脆就演化成了两套地址体系，也就是我们现在看到的相互配合的现状。

2.ip地址怎么才能和mac地址相互配合呢？

ip地址用来描述整个传输过程中的起点和中的那，mac地址则是描述网络中两个相邻节点。

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nVNPQfPd-1677298755558)(F:\\typora插图\\image-20230225114721233.png)\]][img-nVNPQfPd-1677298755558_F_typora_image-20230225114721233.png]

对于本地计算机，我们如何查看mac地址呢？

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yn5BK2ws-1677298755559)(F:\\typora插图\\image-20230225115058967.png)\]][img-yn5BK2ws-1677298755559_F_typora_image-20230225115058967.png]

#### 不同类型对应的载荷 ####

对于不同类型属性，对应的数据帧格式有所不同，他们有什么作用呢？

对于0800：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2CopPItw-1677298755559)(F:\\typora插图\\image-20230225115412943.png)\]

对于0806：

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DKDAujBP-1677298755560)(F:\\typora插图\\image-20230225115436362.png)\]][img-DKDAujBP-1677298755560_F_typora_image-20230225115436362.png]

对于8035：

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pgt9Myor-1677298755561)(F:\\typora插图\\image-20230225115459131.png)\]][img-pgt9Myor-1677298755561_F_typora_image-20230225115459131.png]

其中ARP是数据传输层另外的协议，通过这个协议，可以让路由器认识局域网中其他的设备。通过ARP协议会在交换机/路由表中建立出一个表，这个表相当于一个hash表，能够建立出ip和mac之间的映射关系。

### 三、关于MTU ###

#### 什么是MTU ####

MTU,即maximum transmission unit，最大传输单元，指的的是数据链路层的最大payload，是一个硬性限制。

载荷具体多长，和使用的物理介质和数据链路层使用的协议有很大关系。大概率情况下，数据链路层的MTU都比64kb要小。

#### MTU有什么作用 ####

有了mtu，有助于长报文更方便的分包（ip分片），帮助他们可靠传输。

#### ip分片（了解） ####

概念：当IP数据报超过帧的MTU(最大传输单元)时，它将会被分片传输。\*\*分片能发生在发送端或者中转路由器，且在传输过程中可能被多次分片。\*\*在最后的目标机器上这些分片才会被内核的的IP模块重新组装。

[相关阅读][Link 5]

### 参考 ###

> \[数据链路层的一些理解\]([漫话TCP/IP：数据链路层-以太网（1） - 知乎 (zhihu.com)][TCP_IP_-_1_ - _ _zhihu.com])
> 
> [以太网的一些理解][Link 6]
> 
> [MTU参考][MTU]
> 
> [1][]
> 
> [拓展阅读][MTU]

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[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E7%A3%81%E8%BE%90%E5%B0%84?fromModule=lemma_inlink
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E5%85%89%E4%BB%A5%E5%A4%AA/53287195?fromModule=lemma_inlink
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD%91%E5%8D%A1/10914459?fromModule=lemma_inlink
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%BB%E6%9D%BF/104636?fromModule=lemma_inlink
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[Link 5]: http://t.csdn.cn/T9qfy
[TCP_IP_-_1_ - _ _zhihu.com]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/228271479
[Link 6]: https://baike.baidu.com/item/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD%91/99684
[MTU]: http://t.csdn.cn/6XQyw
[1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/360516704