链路层学习理解.doc

链路层一 概述在TCP/IP的协议族中，链路层主要有三个作用1 为IP模块发送和接收数据包2 为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答3 为RARP发送RARP请求和接收RARP应答TCP/IP支持多种不同的链路层协议，具体使用哪一种协议，取决与网络所使用的硬件。二 以太网帧封装的种类与格式以太帧的封装有两种格式，传统的以太网帧格式和IEEE802封装的帧格式，其格式如图IEEE 802.2/802.3封装 802.3 MAC 802.2 LLC 802.2 SNAP目的地址源地址长度DSAPSSAPCNTLorg code类型数据CRC6621113238-14924以太网封装目的地址源地址类型数 据CRC6624615004相同点：1 两种帧格式都采用48bit的目的地址和源地址（802.3允许使用16bit地址）。2 最后都有CRC校验用于帧内后续字节的循环冗余检验，它也称为FCS或帧检验序列。不同点：1 在源地址后面的两个字节，两种帧格式互不相同，在IEEE802帧中，长度字段是指后续的字节长度，但不包括CRC校验。以太网帧中是类型字段定义了后续数据的类型。类型字段则由SNAP的首部指出。2 在以太网帧格式中，类型字段之后是数据，而在802帧格式中，后面是3个字节的802.LLC（包括1字节的目的服务访问点DSAP和1字节的源服务访问点SSAP和1字节的Ctrl字段，DSAP和SSAP的值都设为0xaa，Ctrl字段设置为3）和5字节的802.SNAP（包括org code设置为0和类型跟以太网的类型含义一样）3 802.3规定数据部分至少为38字节，对于以太网则最少要求有46字节。三 SLIP它的全称为Serial IP。它是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式，适用于普通PC机通过RS-232串行端口和高速调制解调器接入Internet。帧格式的定义1 IP数据报以一个称作END（0xc0）的特殊字符结束。同时为了防止数据报到来之前的线路噪声被当成数据报的内容，在数据报的开始处也传一个END字符（这样如果有线路噪声，开始的END字符，结束了前面的错误报文，交给上层后该错误报文将会被丢弃）2 如果在IP数据报里面也有一个END字符，那么SLIP将连续传送两个字节的0xdb和0xdc来取代它。3 0xdb这个特殊的字符被称为SLIP的ESC字符，如果在IP数据报中单独出现该字符，那么就要连续传送两个字节0xdb和0xdd来取代它下面是SLIP报文封装的一个例子。IP数据报c0db11c0dbdcdbddc011 1111缺陷1 每一端必须知道对方的IP地址，没有办法把本端的IP地址通知给另一端。2 数据帧中没有类型字段，如果一条串行线路用于SLIP，那么它不能同时使用其它协议。3 SLIP没有在数据帧上加上校验和（类似于以太网中的CRC字段）。如果SLIP传输的报文被线路噪声影响而发生错误，只能通过上层协议来发现。注意在SLIP链路中，新型的momdem提供了检测并纠正错误报文的能力，使SLIP链路具有了对数据帧的校验功能，不用在依靠与上层。压缩的SLIP 由于串型线路的速率通常较底（19200b/s或更低），而且通信通常是交互式的（如Telnet 和Rlogin，两种都使用TCP），因此在SLIP线路上有许多小的TCP分组进行交换，比如传送一个字节的数据通常需要各20个字节的TCP首部和IP首部。为了改进这种缺陷，出现了CLSIP协议即压缩的SLIP，它能够把总共40个字节的TCP和IP首部压缩到35个字节，减少了带宽的占用率，缩短了交互响应时间，并能够在每一端维持多达16个TCP连接。四PPP点对点协议作用修改了SLIP协议的所有缺陷。相比SLIP它有如下优点1 支持在单根串行线路上运行多种协议，不只是IP协议2 每一帧都有循环冗余检验3 通信双方可以进行IP地址的动态协商4 能对TCP和IP首部进行压缩5 LCP可以对多个数据链路选项进行设置内容包括以下三个部分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，还支持面向比特的同步连接。2 建立，配置及测试数据链路的链路控制协议LCP。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体系，例如，IP NCP允许双方商定是否对报文首部进行压缩。PPP数据帧的格式标志7E地址FF控制03协议信息CRC标志7E1112最多1500字节21 1 每一帧都已0x7e开始和结束，紧接着是一个地址字节，其值始终是0xff，然后是一个值为0x03的控制字节2 第四部分是协议字段，类似于以太网中类型字段的功能，当它的值为0x0021时，表示信息字段是一个IP数据报；值为0xc021时，表示信息字段是链路控制数据；值为0x8021时，表示信息字段是网络控制数据。3 CRC（或FCS，帧检验序列）字段是一个循环冗余检验码，以检测数据帧中的错误转义1. 对于标志字符0x7e，当它出现在信息字段（1500字节那部分）中，PPP需要对它进行转义。当遇到字符0x7e时，需要连续传送两个字符：0x7d和0x5e，以实现标志字符的转义。2. 当遇到转义字符0x7d时，0x7d和0x5d，以实现转义字符的转义。3. 默认情况下，如果字符的值小0x20时，一般要进行转义。转义的目的1 防止它们出现在双方主机的串行接口驱动程序或调制解调器中，因为有时它们会把这些控制字符解释成特殊含义。2 另一种可能是用链路控制协议来指定是否需要对这32个字符中的某一些值进行转义，默认情况下是对所有的32个字符都进行转义。用途用于低速的串行链路，利用控制协议，双方通过协商可以省略标志字符和地址字段，并把协议字段有2个字节减少为1个字节。通过减少每一帧的字节数可以降低应用程序的交互时延。五环回接口1 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2 环回接口预留的IP地址为3 带有环回地址的IP数据包离开网络层时把它返回给自己，在实际应用中可以通过Ping环回地址来验证TCP/IP协议栈配置的正确性。4 作为广播或多播地址的数据报在传送给以太网之前，要复制一份给环回接口，这是因为它们的定义包含主机本身。六最大传输单元由于链路层的以太网和802.3帧对数据的长度都有一个限制，其最大值分别为1500和1492，这个特性叫MTU最大传输单元。不同类型的网络的MTU值不同，是由网络媒体的物理特性决定的。 由于链路层的这个特性，IP层就要根据链路层的MTU值来对数据报进行分片，以符合链路层的MTU要求。注意1 在点到点链路层（如SLIP和PPP）的MTU并非指的是网络媒体的物理特性，它是一个逻辑限制，目的是为交互使用提供足够快的响应时间。2 1500和1492字节都指IP数据报部分，不包括以太网的帧头和帧尾七路径MTU定义两台主机要经过多个网络通信，这两台主机网络路径中最小的MTU，被称为路径MTU。注意1 路径MTU不是由两台主机所在的网络MTU所决定的，是由网络路径中最小的MTU值决定的。2 两台主机之间的MTU值不是一个常数，取决于当时所选择的路由。3 路径MTU在两个方向上不一定是一致的。八串行吞吐量的计算1 如果线路的速率是9600b/s，由于一个字节是8位，加上一个起始比特和一个停止比特，那么线路的速率就是960B/s。2 如果SLIP链路运行一个交互式应用程序（如Telnet，Rlogin以及FTP的控制部分用户的命令而不是数据。），同时还运行另一个应用程序，那么必须等待一半的时间才能把交互式应用程序的分组数据报发送出去。比如传送一个1024字节的数据，总共需要1066ms，运行交互式应用程序后，等待一半时间533ms，才能把数据发完。3 计算串行链路的最佳MTU值是要求数据的延迟和利用率要达到最佳点。如果MTU值是1024字节，那么运行交互式应用程序必