TCP/IP详解笔记（1）——链路层

1. 链路层简述

下图可以看出链路层主要有三个作用

• 为IP模块发送和接收数据报
• 为ARP发送请求和接收应答
• 为RARP发送请求和接收应答
  ARP和RARP是地址（逆）解析协议，后续会讲到。
  

链路层作为最下层，它的协议也由使用的硬件支持。

2. 以太网&IEEE 802

这是两个最常见的封装标准，它们对应了不同的局域网硬件或者说类型。

• 以太网（RFC894）——以太网
• IEEE802——令牌环网

简述一下这两种局域网类型的区别。

• 以太网：
  1. 每台主机都可以像主干发送信息串
  2. 它们会监听主干上是否有人发言，有就等一会，没有就发言
  3. 如果发言时冲突，则冲突的两台主机会分别随机等待不同的时间。
  4. 其他的电脑在读取数据包时会通过IP和端口检查是不是发给自己的。
• 令牌环网： 主机组成环形，环形中有一令牌，由一号机向下传递，每个主机有令牌时才能向主干发送信息。

  令牌环网的主要缺点在于强依赖令牌，每个局域网都要节点去监控和管理，所以现在我们的局域网类型基本都是以太网。
  这也导致了规定每台Internet主机必须能发送和接收以太网（RFC894）标准封装的帧。

3. SLIP：串行线路IP

这是一种封装很简单的协议，早期的拨号上网就是用的这种协议。

它具有如下规则

• 结尾加上END特殊字符，为了防止噪声被当作数据报，在开始也传一个END。
• 如果IP报文含有END，则连续传0xdb和0xdc来取代，0xdb被称作SLIP的ESC字符，和ASCII码的不同。
• 如果IP报文含有ESC字符，则连续传0xdb和0xdd取代。

同时它还具有以下缺陷

• 无法通知本端IP到另一端
• 帧没有类型字段，如果线路使用SLIP，则不能同时使用其他协议。
• 没有校验码，如果被噪声影响，只能由上层纠错，

4 PPP：点对点协议

由于PPP改进了缺陷，逐渐取代了SLIP，我们现在上网用的链路层协议就是PPP封装在以太网框架中的PPPoE协议。

PPP修改了SLIP协议的缺点：

• 支持数据校验
• 建立链路控制协议（LCP逻辑子层），允许双方协商，确定不同选项。
• 针对不同网络层协议的网络控制协议(NCP)体系。

5 环回接口

我们平常写程序，本地调试使用的127.0.0.1以及localhost就是用这个接口。

图中有三个关键点

• 传给环回地址的任何数据均作为IP输入
• 传给广播或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送至以太网。
• 任何传给主机IP地址的数据均送到环回接口。

环回接口可以被当作另一个链路层，所以使用传输层和网络层来处理环回数据可以很大程度简化设计。

6 最大传输单元MTU

以太网对数据帧长度又一个限制，链路层的这个特性称作MTU，不同类型的网路基本都有上限。

如果IP层的一个数据报比MTU还要大，那么IP层要对数据报分片，保证每一片小于MTU。
我们可以使用netstat -in的命令查看每个接口的MTU，图中eth0就是以太网。

7 路径MTU

两台主机通信要通过多个网络，而每个网络可能有不同的MTU，所以重要的是它们之间最小的MTU，称作路径MTU。

路径MTU不一定是常数，因为选路不一定对称，A到B和B到A的路由不一定相同，所以路径MTU在两台主机的不同方向上可能会不同。