数据链路层之以太网、MAC、MTU详解

作用

之前介绍了网络中各层的作用，可见链接这里写链接内容

我们都知道，在数据链路层，数据不再是以比特流的形式传输，而是分割成一个一个的帧再进行传输。也就是说，数据链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现，它的各种机制可以让数据的传输更准确可靠。

我们今天学习更多关于数据链路层的细节，让我们对其更加了解。

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；
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

如下：

解释：
1. 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
2. 帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP
3. 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)
mac地址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)

对比MAC地址和IP地址

（1）IP地址描述的类似于路途的起点和终点。比如北京-上海。
（2）MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点。
比如，从北京到上海，我们肯定要经过很多站，这些XX站就可以看作是MAC地址。而北京、上海就是IP地址。

认识MTU

我们发送快递时，对尺寸会有一定限制，发送数据也有一定的限制，这个限制是不同的数据链路对应的物理层，产生的限制。
MTU是指数据链路层向网络层发数据的最大传输单元。
1. 不同网络类型的MTU是不同的
2. 以太网帧中的数据长度规定最小46字节，最大1500字节
3. ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位

那如果数据包的长度大于1500字节呢？

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)。

MTU对IP协议的影响

受到数据链路层的MTU的限制，对于较大的IP数据包需要进行分包。
过程如下:
1. 将较大的IP包分成多个小包，并给每个小包打上标签（将每个小包IP协议头的16位标识(id) 设为相同）
2. 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)
3. 到达对端时再将这些小包进行顺序重组，拼装到一起返回给传输层
4. 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
IP层不会负责重新传输数据
为了方便理解，这是之前介绍IP的文章这里写链接内容
截取里面的报头如下：

MTU对UDP协议的影响

我们回忆一下UDP协议，数据包在传输层需要加上8个字节的UDP首部，在网络层需要增加20个字节的IP首部。所以：
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会大大增加。

MTU对于TCP协议的影响

TCP的一个数据报也受制于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）
MSS协商的过程：
1. 双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值
2. 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
由上文的解释，大家可能已经明白了：

查看
我们用ifconfig查看一下：

ARP协议

详细讲解于上篇文章，
这里写链接内容