<TCP/IP>链路层小结

　　图片和部分内容转载自Chang Zhao

　这章大致介绍了以太网，以太网帧的格式，网桥和交换机，无线局域网（Wi-Fi）,点到点协议，MTU（最大传输单元）的知识点，所谓链路，在此可以解释为 IP数据报传递所在的介于发送方和接受方之间的通信路径，而链路层的存在就是为了IP的发送和接收

　　以太网

　　　以太网是一种广播网络，包括一个或多个站，连接到一个共享的介质（如电缆）上，然而当每个站都想发送数据时，就会不可避免的出现冲突。因此每个以太网接口都会实现一种分布式算法，称为带冲突（碰撞）检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD），它可以协调哪些站可以访问共享的介质，用于降低成本提高效率，也促进了以太网技术的普及

　　　CSMA/CD具体实现方法如下：

一个站（如计算机）首先检测目前网络上正在发送的信号，并在网络空闲时发送自己的帧
如果其他站也刚好同时发送，而且两信号并碰撞了，在此情况下，这两个站都等待一个随机时间，然后再次发送，如果再碰撞重复此过程
在任何给定时间内，网络中只能有一个帧在传输，最终每个站都会得到机会发生，或者在尝试一定次数后超时（传统以太网为16次）

　　随着以太网的发展，传输速度越来越快，为了跟上发展，每个站之间的线路已不再共享，而是提供了一个专用的星形拓扑结构，交换机（switch）应运而生

　　以太网帧的格式

　　这里说得帧其实就是链路层上传输的PDU(协议数据单元)，所有的以太网帧都有一个共同的格式，结构图如下

　　　帧的开始是一个前导字段，目的是为了同步，SFD为起始分隔符，标识着以太网帧的开始，DST为目的地址，SRC为源地址，两者合称MAC地址或物理地址

　　网桥和交换机

　　　网桥或交换机用于连接多物理的链路层网络（如一对物理的以太网段）或成组的站，交换机(switch)本质上是高性能的网桥（bridge）

　　　正如上面提到过的，局域网中的每个站之间的线路变成不共享，而是由以太网交换机（Ethernet Switch）实现了一个专用的星形拓扑结构。

交换机为以太网中的每个站提供同时发送和接受数据的能力。
每个站使用一条专用的线路连接到一个交换机端口（port），在这种情况下，以太网以全双工方式运行，不需要使用 CSMA/CD 算法。
交换机可以通过交换机端口级联（interconnect）来形成更大的以太网。这种端口叫做“上行（uplink）端口”

　　下面介绍一下MAC学习

每个交换机都有自己的MAC地址
每个交换机都有一张表（过滤数据库），记录着交换机基于每个端口的地址列表
交换机原来的数据库是空的，每当他接收到一个目的地不是自己的帧时，它便为所有端口都做一个备份，并向所有其他端口发生这个帧的备份
由于站可能出现移动，网卡更换，MAC地址改变等情况，交换机会在每次学习一个地址之后，启动一个默认时间为5分钟的计时器，如果没有在倒数计时这段时间里看到这个地址,则将这个地址删掉

　　无限局域网（Wi-Fi）

　　　待续

　　点到点协议（PPP）

PPP是一种在串行链路上传输IP数据报的方法
它实际上是一个协议集合，它支持建立链路的基本方法称为LCP（链路控制协议），在LCP建立基本链路之后，用于各种协议（包括IPv4，IPv6和非IP协议）建立网络层链路
用于在两个节点之间建立直接连接的数据链路层通信协议。PPP 操作只关注一条链路的两端，不需要像 MAC 协议或者 Wi-Fi 那样处理共享资源访问的问题

　　MTU

在很多链路层网络（如以太网）中，携带高层协议PDU的帧大小是有限制的，这种特征被称为MTU（最大传输单元），如果IP需要发生一个数据报，但是比MTU大，那么IP会通过分片将数据报分解成比MTU小的分片
当两台主机跨越多种网络通信时，每种不同的链路可能有不同大小的 MTU。因此，在包含所有链路的整个网络路径上，最小的 MTU 叫做路径 MTU