《TCP/IP详解 卷1》 笔记： 链路层

引言

    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。TCP/IP支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，常见的链路层协议有如下几种：

    1. 以太网（Ethernet)。
    2. 点对点协议（Point-to-Point Protocol，PPP)。
    3. 高级数据链路协议(High-Level Data Link Protocol，HDLC)。
    4. 帧中继（Frame Relay)。
    5. 异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)。

我们只关注以太网，它是最常用的局域网技术。
以太网和IEEE 802封装

    以太网这个术语一般是指数字设备公司（Digital Equipment Corp.）、英特尔公司（Intel Corp.）和施乐（Xerox）公司在1982年联合公布的一个标准。它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。它使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10Mbit/s的速率运行在多种类型的电缆上。

    几年后，IEEE（电子电气工程师协会）802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3标准针对整个CSMA/CD网络，802.2标准定义了802网络共有的逻辑链路控制（LLC）。不幸的是，802.2和802.3定义了一个与以太网不同的帧格式。

    现在，以太网包括标准的以太网（10Mbit/s)、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和万兆（10Gbit/s）以太网。它们都符合802.3标准。

    在TCP/IP世界中，以太网IP数据报的封装是在RFC894中定义的，IEEE802网络的IP数据报封装是在RFC1042中定义的。

    最常使用的封装格式是RFC894定义的格式。两种帧格式都采用48位（6字节）的目的地址和源地址。这就是我们在本书中所称的硬件地址或以太网地址（我们口语通常说的MAC地址）。在以太网帧格式中，类型字段之后就是数据；而在802帧格式中，跟随在后面的是3字节的802.2LLC和5字节的802.2SNAP。CRC字段用于帧内后续字节差错的循环冗余码检验（检验和）（它也被称为FCS或帧检验序列）。
    802.3标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。802.3规定数据部分必须至少为38字节，而对于以太网，则要求最少要有46字节。为了保证这一点，必须在不满足最小长度要求的数据后面插入填充（pad）字节。
环回接口

    大多数计算机都支持环回接口（Loopback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户程序和服务器程序通过TCP/IP进行通信。A类网络号127就是为环回接口预留的。根据惯例，大多数系统把IP地址127.0.0.1分配给这个接口，并命名为lo。一个传给环回接口的IP数据报不能在任何网络上出现。下图是环回接口处理IP数据报的简单过程：

最大传输单元MTU

    以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU，最大传输单元。如果IP层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片（fragmentation），把数据报分成若干片，这样每一片都小于MTU。

路径MTU

    当在同一个网络上的两台主机互相进行通信时，该网络的MTU是非常重要的。但是如果两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的MTU。重要的不是两台主机所在网络的MTU的值，重要的是两台通信主机路径中的最小MTU。它被称作路径MTU。