数据链路层重点协议
目录
一、以太网
二、MTU
1、MTU对IP协议的影响
2、MTU对UDP的影响
3、MTU对TCP协议的影响
三、ARP协议
1、作用：建立主机IP地址和MAC地址的映射关系
2、工作流程
一、以太网
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是双绞线；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网
以太网帧格式：
- 源地址和目的地址是指网卡的硬件地址（MAC地址），长度是6字节，是在网卡出厂是固化的
- 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
IP协议立足于全局，完成整个通信过程的路径规划工作
以太网则是关注于局部，相邻两个设备之间的通信过程
二、MTU
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16个字节，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
- 不同的数据链路层标准的MTU是不同的
1、MTU对IP协议的影响
由于数据链路层MTU的限制，对于较大的IP数据包进行分包
- 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位表示结束标记（当前是否是最后一个小包，1是0否）
- 到达对端时再将这些小包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层不会重新传输数据
2、MTU对UDP的影响
一旦UDP携带的数据超过哦1472（1500-20(IP首部)-8(UDP首部)） ，那么就会在网咯层分成多个IP数据报
这多个IP数据有任意一个丢失都会引起接收端网络层重组失败，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既大大增加了
3、MTU对TCP协议的影响
TCP的一个数据报也不能无限大，还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度称为MSS
TCP在建立连接的情况下，通信双方会进行MSS协商
最理想的情况下，MSS的值正好是在IP不会分片处理的最大长度(这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU)
双方在发送SYN时会在TCP头部写入自己能支持的MSS值，然后双方得知对方的MSS值之后，选择较小的作为最终MSS
MSS的值就在TCP首部的40字节变长选项中(king=2)
三、ARP协议
ARP是一个介于数据链路层和网络层之间的协议
1、作用：建立主机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
2、工作流程
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
每台主机维护一个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（20min），如果20分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发送ARP请求来获得目的主机的硬件地址
