数据链路层;用于两个设备(同一种数据链路节点)之间进行传递。
IP最大的意义在于路由选择。通过目的IP吧数据包从一个路由转到另一个路由。
结点之间如何传递数据呢?就是数据链路层解决的。
“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;
在数据链路层;传输的是数据叫做数据帧。
源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址);长度是48位;是在网卡出厂时固化的;帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP;帧末尾是CRC校验码。
MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
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)。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)。对比理解MAC地址和IP地址
IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点;
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。以太网帧中的数据长度规定最小46字节;最大1500字节;ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位;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。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);不同的数据链路层标准的MTU是不同的。
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。— 上一篇IP协议中有详细介绍将较大的IP包分成多个小包;并给每个小包打上标签;每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的;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);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;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。
让我们回顾一下UDP协议:
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。这多个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。
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。
凡是能够直接传递数据的两个相连的结点;一定是在同一个网段;局域网;;那么就要遵循局域网通信原理。
首先面对一个问题;如何在一个网段中;通过IP地址获得该主机对应的MAC地址?
为什么要获得MAC地址呢?
一个主机是通过唯一IP地址标识的;但是在一个局域网中;想要真正的传递给该主机;首先需要知道对方的MAC地址。MAC地址才是真正确定一个主机;网卡;的;在局域网中通信是通过以太网和MAC地址的。
ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系。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;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;因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址;
源主机发出ARP请求;询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”;并将这个请求广播到本地网段(以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播);目的主机接收到广播的ARP请求;发现其中的IP地址与本机相符;则发送一个ARP应答数据包给源主机;将自己的硬件地址填写在应答包中;如果IP地址与本机不相同就直接丢弃。每台主机都维护一个ARP缓存表;可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间(一般为20分钟);如果20分钟内没有再次使用某个表项,则该表项失效;下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址
注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次;对于链路层为以太网的情况是多余的;但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的。硬件类型指链路层网络类型;1为以太网;协议类型指要转换的地址类型;0x0800为IP地址;硬件地址长度对于以太网地址为6字节;协议地址长度对于和IP地址为4字节;op字段为1表示ARP请求;op字段为2表示ARP应答。
