数据链路层与ARP协议
一.认识识以太网
"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; 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;
二.以太网帧格式
- 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 MAC 地址
- MAC 地址用来识别数据链路层中相连的节点;
- 长度为 48 位, 及 6 个字节. 一般用 16 进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
- 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac 地址通常是唯一的(虚拟机中的 mac 地 址不是真实的 mac 地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置 mac 地址).
传输层封装端口号，网络层封装ip,数据链路层封装mac地址。而mac地址是用来在局域网中确定下一个节点的 。
在网络通信中，当我们主机要其他主机通信时，我们往往只知道IP，那么我们是怎么知道其他主机的mac地址的呢？这就是ARP协议的作用。
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
三.ARP协议
ARP协议的功能是只知道IP，通过ARP协议确定主机的mac地址的。RARP 就是知道mac地址获得ip地址，正好相反。
协议格式：
- 注意到源 MAC 地址、目的 MAC 地址在以太网首部和 ARP 请求中各出现一次, 对于链路层为以太网的情况是多余的,但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的。
- 硬件类型指链路层网络类型,1 为以太网;
- 协议类型指要转换的地址类型,0x0800 为 IP 地址;
- 硬件地址长度对于以太网地址为 6 字节;
- 协议地址长度对于和 IP 地址为 4 字节;
- op 字段为 1 表示 ARP 请求,op 字段为 2 表示 ARP 应答
ARP 协议的工作流程
- 源主机发出 ARP 请求,询问“IP 地址是 192.168.0.1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.
- 每台主机都维护一个 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(一般为 20 分钟),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 ARP 请求来获得目的主机的硬件地址。
ARP协议同样在数据链路层，在mac层的上层。
