TCP/IP协议学习(六) 链路层详解

　　学习知识很简单，但坚持不懈却又是如此的困难，即使一直对自己说"努力，不能停下"的我也慢慢懈怠了...

　　闲话不多说，本篇将讲述TCP/IP协议栈的链路层。在本系列第一篇我讲到，TCP/IP协议栈每一层都有特定的功能, 那么链路层的功能如下：

(1). 为IP模块发送和接收数据包

(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

1.ARP, RARP协议概述

　　ARP协议即地址解析协议， 通过该协议应用层可以通过IP地址查询到目的MAC地址，从而确定传输目的地。再windows命令行中输入arp -a就可以看到windows系统中维护的ARP高速缓存(IP ~ MAC）逐一对应。

RARP协议(逆地址解析协议)与上述过程正好想法，通过已知的MAC地址获得目标的IP地址， RARP的实现比ARP要困难，以后会有专门的章节详细讲解。

2. 以太网和IEEE 802封装

目前链路层协议有以太网和IEEE802两种不同的标准，
   以太网： 目的MAC + 源MAC + 类型

IEE802: 目的MAC + 源MAC + 长度 + 802.2LLC + 802.2 SNAP

因为网络数据包的长度不可能为以太网的类型(802定义的有效长度与以太网定义的有效类型无一相同), 因此给了设备兼容这两种以太网包的可能。

如上图，可以清晰的看出两者的区别。此外还需注意一点，以太网传输最小为46字节， IEE802传输最小为38字节(包含IP， TCP首部的数据包，不包含CRC校验), 如果不足需要插入填充字节满足长度要求。同时这两个标准还限制了最大数据报长度，其中IEE802.3和以太网规定数据最大长度分别为1492和1500，少的8字节正是802.2标准规定的附加字段LLC和SNAP，正如上图，这两种标准对数据帧长度都有限制，链路层的这个特性称作MTU，当IP层提供数据大于MTU时，就会将数据拆成几块发送，这称为分片(或者叫做IP分片)。

3. 环回接口

　　大多数的产品都支持环回接口，以允许运行在同一台主机上的客户程序和服务器通过tcp/ip进行通讯. A类网络号127就是为环回接口预留的，不过大多数系统将127.0.0.1分配给环回接口，并命名为localhost。 一个传给环回接口的IP数据包不能在任何网络上出现。

　　

　　　　　图中关键点：

1.传给环回地址的任何数据均作为IP输入

2.传给广播和多播地址的数据包复制一份给环回接口，然后送到以太网上(因为广播和多播传送的定义包含设备本身)

3.任何传给该主机的ip数据包均送到环回接口

看到这应该明白为什么上一章节的服务器能够绑定127.x.x.x网段和本身IP地址， 正是对环回接口的一种应用。

4. 简单分析

上图是我随便抓取的ARP以太网包，其中ff.ff.ff.ff.ff.ff表示目的地址为广播包， 后面画圈部分为源MAC和协议类型，之后便是IP数据，至于数据只有28字节而不是填充到46字节，这是因为我的抓包软件自动去除了填充字节和校验位，数据数据包是满足要求的，整体结构也与图2-1相符合。

　　

在windows命令行窗口下输入netsh interface IPv4 show subinterfaces就可以看到用户的MTU如上图，默认都为1500。

学习到这，大概对TCP/IP协议栈的链路层有一定了解，本章主要简单的讲解了链路层的数据格式，链路层包含的协议以及现实演示，讲述的东西并不多，仔细看下应该很快就能理解，下一章将要正式进入ARP和RARP协议的学习。