文章目录

  • 一、认识以太网
    • 1）以太网帧格式
  • 二、认识MTU
    • 1）MTU对IP协议的影响
    • 2）MTU对UDP协议的影响
    • 3）MTU对TCP协议的影响
  • 三、ARP
  • 四、一些补充
    • 1）应用层重点协议DNS

一、认识以太网

数据链路层重点协议主要是“以太网”
比如我们平时插的网线，就叫做“以太网线”

“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；

1）以太网帧格式


我们这里的目的地址和源地址都是用6个字节表示的，这个比IPv4更长，长了约6w倍。

这里的地址称为“mac”地址（也叫物理地址）
mac地址做到了，每个设备都是唯一的（每个网卡都是唯一的），这是在网卡出厂的时候就写死了

可能会有人问：“这个网卡物理地址能不能改呢？”
回答：有些网卡可以改，因为有些网卡是支持手动配置的


这里的物理地址00-EO-4C-8D-46-E6

注：一台电脑上可能会有多个网卡，这些不同网卡的物理地址也是不同的

可能会有同学问：“都有IP地址了，为啥还要物理地址？”
因为当年网络层协议和数据链路层协议是独立研发出来的，ip地址和mac地址按理来说有一套就够了。

现在的现状就是当前的mac地址和IP地址同时使用，表示不同的功能。

IP地址用来表示一次传输过程中的起点和终点

mac来表示传输过程中，任意两个相邻节点之间的地址
（一个以太网数据帧，在每次转发的过程中，源mac和目的mac都会改变）

二、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（简单说就是这个范围取决于硬件设备）。比如上图的46~1500

以太网和硬件也是密切相关的，其他硬件设备，对应的数据链路层协议，可能又不一样，MTU可能也不相同。

数据链路层考虑的是相邻节点之间的数据传输
考虑这个细节的时候，就需要关注到交通工具是什么
不同的交通工具，能够搭载的数据量就不太同

1）MTU对IP协议的影响

如果数据报超过了MTU怎么办？
IP层能够分包
IP层的分包，其实不是分给IP的报头的64k准备的，更多的是为了适应数据链路层的MTU

分包过程：
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；
（IP分包具体详见笔者上一篇：网络层重点协议IP协议文章）

2）MTU对UDP协议的影响

我们之前说过UDP数据也是有长度限制的，但是UDP其实很容易触发这里的MTU，如果UDP的包达到或超过MTU的一个范围，就会导致IP分包（一个包变成多个包，丢包概率会更高）

3）MTU对TCP协议的影响

ps:让我们再回顾一下TCP协议：
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：TCP中在IP不分包的情况下，最多搭载多少载荷，这个值也取决于TCP和IP的报头（报头都是报头的）、

分包的开销还是有的，MSS对TCP起到一定的提示作用，当前传输TCP的数据长度不超过MSS的时候，是属于最高效的状态。

三、ARP

ARP报文并不是用来传输数据的，只是起到一个辅助的效果。

路由器这个的设备，在转发设备的时候，首先拿到的是一个IP地址（目的IP），通过IP地址来决定接下来这个数据怎么走（从哪个端口出，发送到哪个端口）

因此就得决定，接下来封装的以太网数据帧，目的mac是什么，需要根据ARP协议，建立起IP->mac这样的映射关系——类似hash表这样的键值对结构，但是这个表不一定是在内存里，也可能是直接在硬件中存储。

当设备启动的时候，就会向局域网中，广播ARP报文，每个设备收到之后，都会给出一个应答。
应答的信息中就包含了自己的IP和mac
发起广播的一方就可以根据这些应答，建立起这个映射表了

举个例子：我想统计每个同学的邮箱
我广播一下：“同学们把自己名字和邮箱发给我”
大家收到这个广播消息，就私信给我，然后我把这些结果整理到一张表格上。

ps：关于RARP只是在偶尔的场景中偶尔用到，我们这里不多介绍了

四、一些补充

1）应用层重点协议DNS

DNS是一个应用层协议，它起到的效果就是域名解析

由于IP地址不好记，即使变成了点分十进制，仍然对人类来说不太友好，就可以使用一串英文单词来表示这个IP地址，这串英文单词就称为域名

比如www.baidu.com这就是域名

域名和IP地址之间，是一个一一对应的关系

DNS系统，最开始的时候，只是一个普通的文件,称为host文件

现在，虽然host文件已经不再使用了（想用也还是好使的），全世界域名那么多，总不能每时每刻对这个host进行更改

于是，成立了一个专门的机构，赋值维护这里的域名和IP的对应关系，比如你要申请一个域名，就需要去和这个机构进行报备

这个机构维护一组服务器，把host文件存到这个服务器里——域名解析服务器（根域名解析服务器）

你自己的电脑如果想进行域名解析，就去访问一下这个机构的服务器

那么问题就来了：全世界设备这么多，每个设备上网都要去访问这个域名解析服务器吗？域名解析服务器不会垮掉？
回答：全世界各个国家、地区、城市都有各自的网络运营商，这些网络运营商就会就近架设域名解析镜像服务器
（镜像就相当于照镜子一样，把里面的数据复刻一遍）

咱们平时上网，一般就是就近访问了我们的镜像服务器

如果有新的域名出现，或者旧的域名消亡，就让镜像服务器和根域名解析服务器定期进行同步即可

当我们的主机查询一次DNS之后，主机就会把这个查询结果缓存一定的时间（比如浏览器进行缓存），下次再访问到同一个域名的时候，就可以省略查询DNS的过程了，因为DNS域名和IP的对应关系是很少变化的。

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