网络原理（数据链路层）-＞以太网帧格式解

时间：2024-10-29 21:25:39

前言
大家好我是小帅，今天我们来了解以太网帧格式
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文章目录

  • 1.数据链路层
    • 1.1 认识以太⽹
    • 1.2 MAC地址（⽹卡的硬件地址）
      • 1.2.1 对⽐理解MAC地址和IP地址
    • 1.3 认识MTU
    • 1.4 MTU对IP协议的影响
    • 1. 5 MTU对UDP协议的影响
    • 1.6 MTU对于TCP协议的影响
    • 1.7ARP协议

1.数据链路层

1.1 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:

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  1. 源地址和目的地址

源地址和⽬的地址是指⽹卡的硬件地址(也叫MAC地址), ⻓度是48位,是在⽹卡出⼚时固化的;

  1. 帧协议类型

字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP;

  1. 帧末尾是CRC校验码。

1.2 MAC地址（⽹卡的硬件地址）

  1. MAC地址⽤来识别数据链路层中相连的节点，比如说，路由器和路由器间的地址。
  2. ⻓度为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)
  3. 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; 也有些⽹卡⽀持⽤⼾配置mac地址)

1.2.1 对⽐理解MAC地址和IP地址

IP地址描述的是路途总体的起点和终点。

MAC地址描述的是路途上的每⼀个区间的起点和终点;

举个例子：
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1.3 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.

  1. 以太⽹帧中的数据⻓度规定最⼩46字节,最⼤1500字节,ARP数据包的⻓度不够46字节,要在后⾯补填充位;

  2. 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;

  3. 如果⼀个数据包从以太⽹路由到拨号链路上,数据包⻓度⼤于拨号链路的MTU了,则需要对数据包进⾏分⽚(fragmentation);

  4. 不同的数据链路层标准的MTU是不同的;

1.4 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.

我们回顾一下IP协议：

  1. 将较⼤的IP包分成多个⼩包, 并给每个⼩包打上标签,
  2. 每个⼩包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的；
  3. 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）；
  4. 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;
  5. 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;
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1. 5 MTU对UDP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.

让我们回顾⼀下UDP协议:

  1. 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.
  2. 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.

1.6 MTU对于TCP协议的影响

让我们再回顾⼀下TCP协议

  1. 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⻓度, 称为MSS(Max Segment Size);
  2. TCP在建⽴连接的过程中, 通信双⽅会进⾏MSS协商.
  3. 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⻓度(这个⻓度仍然是受制于数据链路层的MTU).
  4. 双⽅在发送SYN的时候会在TCP头部写⼊⾃⼰能⽀持的MSS值.
  5. 然后双⽅得知对⽅的MSS值之后, 选择较⼩的作为最终MSS.
  6. MSS的值就是在TCP⾸部的40字节变⻓选项中(kind=2);

1.7ARP协议

ARP协议的作⽤:
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）的作用是将网络层的IP地址解析为数据链路层的物理地址（MAC地址）。

在以太网等局域网中，设备之间直接通信需要使用MAC地址，而不是IP地址。因此，当一个设备想要向另一个设备发送数据时，它首先需要知道目标设备的MAC地址。

ARP协议建⽴了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系；
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ARP协议的工作流程

  1. 请求：当一个设备（比如主机A）想要与同一局域网内的另一台设备（比如主机B）通信，并且只知道主机B的IP地址而不知道其MAC地址时，主机A会广播一个ARP请求报文到整个局域网。这个请求包含主机A自己的IP地址和MAC地址，以及目标主机B的IP地址。

  2. 响应：所有接收到该ARP请求的设备都会检查报文中提到的目标IP地址是否与自己匹配。只有主机B发现目标IP地址是自己的，它才会响应这个请求。主机B会发送一个ARP响应报文给主机A，其中包含了主机B的MAC地址。

  3. 缓存：一旦主机A收到了主机B的ARP响应，它就会把主机B的IP地址与MAC地址之间的对应关系记录在一个叫做ARP缓存表的地方。这样，在一段时间内，如果主机A再次需要与主机B通信，它可以直接从ARP缓存中查找对应的MAC地址，而不需要重新发起ARP请求。

  4. 通信：有了目标设备的MAC地址后，主机A就可以使用该MAC地址来封装数据帧，并通过以太网等物理网络将其发送给主机B。

好了数据链路层的理解就到在这里，感谢观看。

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