TCP-IP详解笔记1.2 链路层

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注：这里的链路层应该是指网络接口层(Network Interface Layer)--TCP/IP协议族中的最底层，中文翻译时术语不同而已

在TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的:
1)为IP模块发送和接受IP数据报
2)为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答
3)为RARP发送RARP请求和接受RARP应答
TCP/IP支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、FDDI（光纤分布式数据接口）及RS-232串行线路等

1, 以太网
以太网(Ethernet)。指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。
它采用一种称作C S M A / C D的媒体接入方法，其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入
（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率为10 Mb/s，地址为48 bit。
它不是一种具体的网络，是一种技术规范。
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。
百度百科：以太网

令牌环网常用于IBM系统中，其支持的速率为4Mbps和16Mbps两种。目前Novell、IBM LAN Server支持16MbpsIEEE802.5/令牌环网技术。
令牌环网是IBM公司于70年代发展的，现在这种网络比较少见。在老式的令牌环网中，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，它是用来围绕工作站计算机的环路进行传输。由于数据包看起来像在环中传输，所以在工作站和 MAU中没有终结器。
百度百科：令牌环网

光纤分布式数据接口（FDDI：Fiber Distributed Data Interface）是由美国国家标准化组织（ANSI）制定的在光缆上发送数字信号的一组协议。FDDI使用双环令牌，传输速率可以达到100Mbps。由于支持高宽带和远距离通信网络，FDDI通常用作骨干网。
CCDI是FDDI的一种变型，它采用双绞铜缆为传输介质，数据传输速率通常为100Mbps。
FDDI-2是FDDI的扩展协议，支持语音、视频及数据传输。
FDDI 的另一个变种，称为FDDI全双工技术（FFDT），它采用与FDDI相同的网络结构，但传输速率可以达到200Mbps。
百度百科：FDDI

RS-232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。
通常RS-232接口以9个接脚(DB-9)或是25个接脚(DB-25)的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。
百度百科：RS-232

ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。我们知道，当我们在浏览器里面输入网址时，DNS服务器会自动把它解析为IP地址，浏览器实际上查找的是IP地址而不是网址。那么IP地址是如何转换为第二层物理地址（即MAC地址）的呢？在局域网中，这是通过ARP协议来完成的。ARP协议对网络安全具有重要的意义。通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗，能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞。
百度百科：ARP

RARP协议是“Reverse Address Resolution Protocol”（反向地址转换协议）的缩写。
百度百科：RARP

2, 802
在以太网规范出来几年后，IEEE（电子电气工程师协会）802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对令牌环网络，这三者的共同特性由802.2标准来定义，那就是802网络共有的逻辑链路控制（LLC）。

3, SLIP
SLIP（Serial Line Internet Protocol），中文为串行线路网际协议。
该协议是Windows远程访问的一种旧工业标准，主要在Unix远程访问服务器中使用，现今仍然用于连接某些ISP。因为SLIP协议是面向低速串行线路的，可以用于专用线路，也可以用于拨号线路，Modem的传输速率在1200bps到19200bps。
SLIP是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式，在RFC 1055[Romkey 1988]中有详细描述。SLIP适用于家庭中每台计算机几乎都有的RS-232串行端口和高速调制解调器接入Internet。
由于串行线路的速率通常较低（19200 b/s或更低），而且通信经常是交互式的（如Telnet和Rlogin，二者都使用TCP），因此在SLIP线路上有许多小的TCP分组进行交换。
为了传送1个字节的数据需要20个字节的IP首部和20个字节的TCP首部，总数超过40个字节。既然承认这些性能上的缺陷，于是人们提出一个被称作CSLIP（即压缩SLIP）的新协议，它在RFC 1144[Jacobson 1990a]中被详细描述。
CSLIP一般能把上面的40个字节压缩到3或5个字节。它能在CSLIP的每一端维持多达16个TCP连接，并且知道其中每个连接的首部中的某些字段一般不会发生变化。
对于那些发生变化的字段，大多数只是一些小的数字和的改变。这些被压缩的首部大大地缩短了交互响应时间。
百度百科：SLIP

4, PPP
PPP，点对点协议，它修改了SLIP协议中的所有缺陷。
PPP包括以下三个部分：
1)在串行链路上封装IP数据报的方法。PPP既支持数据为8位和无奇偶检验的异步模式（如大多数计算机上都普遍存在的串行接口），还支持面向比特的同步链接。
2)建立、配置及测试数据链路的链路控制协议（LCP: Link Control Protocol）。它允许通信双方进行协商，以确定不同的选项。
3)针对不同网络层协议的网络控制协议（NCP：Network Control Protocol）体系。当前RFC定义的网络层有IP、OSI网络层、DECnet以及AppleTalk。

5, Loopback
大多数的产品都支持环回接口（Loopback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户程序和服务器程序通过TCP/IP进行通信。
A类网络号127就是为环回接口预留的。根据惯例，大多数系统把IP地址127.0.0.1分配给这个接口，并命名为localhost。
一个传给环回接口的IP数据报不能在任何网络上出现。
环回接口处理IP数据报的过程:


6, MTU
以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU，最大传输单元。
最大传输单元这个参数通常与通信接口有关（网络接口卡、串口等）。
不同类型的网络大多数都有一个上限:

网络                     MTU字节
超通道                   65535
16Mb/s令牌环(IBM)        17914
4Mb/s令牌环(IEEE 802.5)  4464
FDDI                     4352
以太网                   1500
IEEE 802.3/802.2         1492
X.25                     576
点对点(低时延)             296

如果IP层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片（fragmentation），把数据报分成若干片，这样每一片都小于MTU。