TCP/IP之链路层协议

TCP/IP协议族概述

我们常说的 「TCP/IP」 是指一个协议族系列，并不是指一个「TCP」和一个「IP」两种协议。一般把「TCP/IP」协议族作为一个「分层系统」，比较常用的是「四层」体系和「七层」体系。这里我们只讨论简单清晰的「四层」体系。

1.  链路层主要是涉及到物理传输媒介的传输细节。
2. 网络层处理「分组」在网络中活动。主要包括IP协议(internet protocol)，ICMP协议(internet control message protocol)，IGMP协议(internet group management protocol)。
3. 运输层主要是为两台主机提供端到端的通信。主要包括TCP和UDP。TCP比UDP提供更可靠的传输机制。
4. 应用层负责处理特定的应用程序细节。如http是处理基于web的超文本传输协议。e-mail是处理邮件相应应用的协议。

「用户数据」从「应用层」到「传输层」再到「网络层」，「链路层」，要经过每一层的处理，封装，当数据到达别一个主机端是，从反方向解析之前封装的数据。

 

链路层协议

链路层有三个目的：

1. 为IP模块发送和接收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和接收RARP应答

TCP/IP支持多种不同的协议，取决于网络所用的硬件（这也说明链路层是关系到物理传输媒介），一般有：以太网，令牌环网，光纤分布数据接口，RS－232串行线路等。

以太网和IEEE802封装

以太网协议在RFC894里定义，IEEE802协议在RFC1042里定义。它们都要求每台Internet主机都与一个10Mb/s的以太网电缆相连。

「IEEE802」和「以太网」协议格式差不多：先是6字节的「目的地址」，及硬件物理地址(MAC地址)。后面是源(本机)物理地址。到于6字节物理地址和4字节的IP地址的映射关系，则是ARP和RARP协议的内容。CRC是冗余检验数据。两个协议不同的是中间部分（虚线内的部分）：IEEE802有「长度」字段，指的是「数据」的长度（字节）；以太网和IEEE802里的「类型」有一样的定义值，参考RFC1340。

SLIP：串线线路IP

SLIP（serial Line 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。在RFC1055中说明。SLIP适用于家庭中有RS－232串行端口和高速调制解调器接入Internet。

SLIP协议比较简单，因为它只是简单的封装了IP数据报，在每个数据帧的的开头和结尾都加上一个结束标志字节：「c0」，如果遇到了IP数据报中有「c0」，就要进行转义，这里定义的转义字节是：「db」，所以「dbc0」代表「c0」,[dbdd]代表「db」。这里听起来比较难理解的话，可以类开高级开发语言中转义字符「\」，「\n」代表换行，「\\」代表「\」。

PPP：点对点协议

PPP协议是对SLIP协议的加强版。

 

 PPP相比SLIP多了「协议」类型这个字段：

• 0021 ： 基本IP数据报封装
• C021： 建立，配置及测试数据链路控制协议（LCP：link control protocol）
• 8021： 针对不同的网络层协议的网络控制协议（NCP：network control protocol）

 环回接口（Loopback Interface）

 大家都熟知「127.0.10.1」或者「localhost」，也知道它们主要是同一台主机上两个应用进行TCP/IP通信的IP地址或主机名。这就是「环回接口」的相关概念。

NOTE：

1. 一个传给环回接口的IP数据报不能出现在任何网络上
2. 传给广播地址或多播地址的数据报复制一分给环回接口，然后才送到以太网上。这是因为广播和多播传送本身就包括主机本身
3. 任何传给该主机IP地址的数据均送到环回接口

最大传输单元MTU

 链路层传输中，每次单元传输都有一个长度限制，正如前面看到的以太网，IEEE802。这就是MTU（maximum transmission unit），最大传输单元。

上机总结

PS：本系列文章是学习《TCP/IP详解》这本书做的笔记，基本上是把书里面的要点记下来。虽然基本上是照着书里的字段和图示记录。但是每个章节基本上也是花了很多时间看了很多遍，还要对着书里的一些参考附录学习，如很多的RFC文档引用。像这篇文章就花了我大概八个小时的时间学习去理解。