认识数据链路层

#认识以太网

"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使用双绞线；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等；

以太网帧格式

可以看见，在数据链路层传输的数据帧是由IP数据报封装而成的，其中源地址和目的地址是指网卡的硬件地址（也叫MAC地址），长度是48位，是在网卡出厂时固化的；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。

#认识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46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路由到拨号链路上，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（fragmentation）；

不同的数据链路层标准的MTU是不同的；

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数据包要进行分包。

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位来表示结束标记（当前是否是最后一个小包，是的话置为1，否则置为0）；到达对端时再将这些小包，会按顺序重组，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层不会负责重新传输数据；

MTU对UDP协议的影响

一旦UDP携带的数据超过1472（1500 - 20（IP首部） - 8（UDP首部）），那么就会在网络层分成多个IP数据报。这多个IP数据报有任意一个丢失，都会引起接收端网络层重组失败。那么这就意味着，如果 UDP数据报在网络层被分片，整个数据被丢失的概率就大大增加了。

MTU对于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（Max Segment Size）；
TCP在建立连接的过程中，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不会被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的时候会在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的值就是在TCP首部的40字节变长选项中（kind=2）；

MSS和MTU的关系

#ARP协议

虽然我们在这里介绍ARP协议，但是需要强调，ARP不是一个单纯的数据链路层的协议，而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议；

ARP协议的作用

ARP协议建立了主机 IP地址和 MAC地址的映射关系。

（1）主机和路由器中都保存了一张ARP缓存表：通过IP地址可以找到对应的MAC地址。

（2）根据下一跳设备的IP地址，在ARP缓存表中能找到对应的MAC地址，则可以设置目的MAC并发送数据报。

（3）如果找不到，则发送ARP广播数据报：目的MAC为广播地址，询问下一跳设备的MAC地址。这个过程类似于QQ群喊话：张三（下一跳设备IP地址），我要给你发快递（发送数据报），请告诉我你的收货地址（MAC地址）。