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《网络协议》数据链路层

2024-08-04 02:59:14   221人阅读

概述

        数据链路层是计算机网络最基本的内容，在 TCP/IP 协议族中，数据链路层主要有三个目的：

  • 为 IP 模块发送和接收 IP 数据报；
  • 为 ARP 模块发送 ARP 请求和接收 ARP 应答；
  • 为RARP 发送RARP 请求和接收 RARP 应答；
----数据链路层的协议数据单元——帧：将 IP 层（网络层）的数据报添加首部和尾部封装成帧。
----数据链路层协议有许多种，都会解决三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测。
        ARP 协议主要用来将 32bit 的 IP 地址解析为对应 48bit（以太网中）的 MAC 地址（硬件地址）。而 RARP 协议则是将硬件地址解析为 IP 地址。TCP/IP支持多种不同的数据链路协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、FDDI、RS-232串行线路等，当今 TCP/IP 采用的主要局网技术是以太网。

以太网和 IEEE802 封装


        以下是两种常用的封装格式，两中帧格式都是采用 48bit 的目的 MAC 地址和源 MAC 地址；



        以太网帧本体的前端是以太网首部，总共 14 字节。分别是 6 字节的目的 MAC 地址、6 字节的源 MAC 地址以及 2 字节的上层协议类型。紧跟帧头后面的是数据，一个数据帧所能容纳的数据范围是 46~1500 个字节。帧尾是一个 4 字节的 FCS（Frame Check Sequence，帧检查序列）。在目的 MAC 地址中存放的是目的工作站的物理地址，源 MAC 地址中则存放的是构造以太网帧发送端工作站的物理地址。
        IEEE802 与一般的以太网在帧的首部上有区别，一般的以太网帧中表示类型字段，而 IEEE802 则表示帧的长度。此外，数据部分的前端还存在 LLC 和 SNAP 字段，而标志上一层协议类型的字段就存放在 SNAP 字段中。

SLIP 串行线路 IP


         SLIP 串行线路 IP 是一种在串行线路上对 IP 数据报进行封装的简单形式，SLIP 协议有以下的帧格式：
  1. IP 数据报以 END（0xc0）的特殊字符结束；为了防止数据报到来之前的线路噪声被当成数据报，大多数实现在数据报的开始处也传一个 END 字符；
  2. 若 IP 数据报报文中存在 END 字符，则要连续传入两个字节 0xdb 和 0xdc 来取代它；
  3. 若 IP 报文中存在字符为 SILP 的 ESC 字符，则要连续传入两个字节 0xdb 和 0xdd 来取代它；
        缺点：
  1. 每一端都必须知道对方的 IP 地址；没办法把本端的 IP 地址通知给另一端；
  2. 数据帧中没有类型字段，即一条串行线路使用了 SLIP 协议，则不能同时使用其他协议；
  3. SLIP 没有在数据帧中加上检验和；



PPP 点对点协议


        为了解决 SLIP 串行线路 IP 的缺点，PPP 点对点协议对其进行了修改，其内容如下：
  1. 在串行链路上封装 IP 数据报的方法；即 PPP 支持数据为 8 位和无奇偶检验的异步模式，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），允许通信双方进行协商，以确定不同的选项；
  3. 针对不同的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；



最大传输单元 MTU 


        最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小（以字节为单位）。数据链路层中的网络对数据帧的长度都有一个限制，不同网络的 MTU 值不同，常用的以太网为 1500 个字节，802.3 为 1492 个字节，网络中一些常见链路层协议 MTU 的缺省数值如下：
  • FDDI 协议：4352字节
  • 以太网（Ethernet）协议：1500字节
  • PPPoE（ADSL）协议：1492字节
  • X.25 协议（Dial Up/Modem）：576字节
  • Point-to-Point：4470字节
        如果在IP层要传输一个数据报比链路层的 MTU 还大，那么 IP 层就会对这个数据报进行分片。一个数据报会被分为若干片，每个分片的大小都小于或者等于链路层的 MTU 值。当同一网络上的主机互相进行通信时，该网络的 MTU 对通信双方非常重要。但当主机间要通过很多网络才能通信时，对通信双方最重要的是通信路径中最小的 MTU，因为在通信路径上不同网络的链路层 MTU 不同。通信路径中最小的 MTU 被称为路径 MTU。



参考资料：
《TCP/IP 详解》
《图解 TCP/IP》

《网络协议》数据链路层


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