数据链路层【Linux网络复习版】

本文主要是介绍数据链路层【Linux网络复习版】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、数据链路层主要解决的是什么问题？

二、什么是以太网？

三、什么是MAC地址？

四、以太网帧的格式是什么？

五、什么是MTU？

六、MTU和分片

MTU对IP协议的影响？

如何分片？

如何组装？

如何识别有无丢失？

怎么知道第一个是不是被分片了？

怎么避免分片？MSS

七、局域网内主机如何通信？

交换机

八、ARP协议

ARP协议的工作原理

ARP协议报头

ARP请求发送过程

ARP应答发送过程

ARP欺骗

一、数据链路层主要解决的是什么问题？

直接相连的主机（同一网段的主机-路由器）进行数据交付的过程。

二、什么是以太网？

以太网（Ethernet）是一种局域网技术。既包含数据链路层的内容，也包含了一些物理层的内容。除了以太网以外，还有令牌环网，无线LAN等。

三、什么是MAC地址？

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点，在网卡出厂时就确定了，不能修改，具有全球唯一性（虚拟机中的MAC地址不是真实的MAC地址，可能会有冲突；也有写网卡支持用户配置MAC地址）

MAC地址长度为48位，即6字节，一般用16进制数字加上冒号的形式来表示。

四、以太网帧的格式是什么？

以太网帧首部由 目的mac地址、源mac地址和类型组成。

帧类型：该字段的值通常是一个16位的十六进制数，对应不同的协议使用不同的值。例如：

0x0800：表示IP数据报，会把有效载荷交给上层 ------ 网络层
0x0806：表示ARP请求/响应，发起ARP请求/应答。

五、什么是MTU？

以太网中规定数据长度最小为46字节，最大为1500字节，ARP数据包长度如果不够46字节，就要在后面补填充位。

MTU就是以太网的最大传输单元：1500（不包括以太网首部），不同的网络类型有不同的传输单元。

六、MTU和分片

MTU对IP协议的影响？

由于数据链路层MTU的限制，网络层就要对较大数据包进行分片。

如何分片？

3位标志：第二位表示是否允许分片（0允许）；第三位是结束标记（当前是否是最后一个小包，0是/1不是）

13位片偏移：比如4500字节的数据要进行分片，那么第一片的片偏移就是0，第二片的片偏移是1500，第三片的片偏移就是3000。

如何组装？

a.将分片全聚在一起

b.根据片偏移排序

如何识别有无丢失？

根据片偏移计算。

一旦这些小包中任意一个小包丢失，接收段重组就会失败，但IP层不负责重传。

怎么知道第一个是不是被分片了？

片偏移为0且接结束标记为1。

怎么避免分片？MSS

分片会增加丢包概率，因为ip中任何一个分片丢失，都要上层重发。所以尽量不分片。

双方tcp三次握手时，协商好双方mss的较小值，就能避免分片。

以太网的mtu是1500（有效载荷）

则 IP的最大有效长度 = 1500 - IP报头（20Byte）= 1480

则 TCP的最大有效长度 = 1480 - TCP报头（20Byte）= 1460

1460数据就是MSS，通信双方的MSS尽量保持一致，减少分片。

七、局域网内主机如何通信？

局域网中，是以广播的形式来通信的，就好像在一个班级里，老师说：“xxx过来一下”，此时全班的学生都收到了这条消息，只不过不是告诉自己的，就自动丢弃了。

局域网中任何时刻只允许有一条消息在信道上，否则会产生碰撞（有碰撞检查、碰撞避免算法），那么如果局域网内很多主机，碰撞的概率就会加大，如何缓解？

交换机

划分碰撞域，在概率上减少局域网碰撞。

此时，交换机左侧和右侧主机可以同时进行内部通信（eg：h1发给h2，h3发给h4），此时就能见效冲突概率。

数据包每到达一个路由器都要重新解包和封包，更新下一跳的mac地址，mac帧只在局域网中有效。

八、ARP协议

当主机A想跨网络传输到主机B，当数据包到主机B所在网络的网关路由器时，该路由器只知道源ip和目的ip，它如何在局域网内将该数据包送给主机B呢？这是候就要用到ARP协议，来获得IP对应的mac地址。ARP协议建立的IP和MAC地址的映射关系。

该协议虽然归属数据链路层，但实际是介于数据链路层和网络层之间的协议。

ARP协议的工作原理

在局域网内广播一条消息，问局域网内xxip地址是谁，对应的mac地址是多少。所有主机收到后，根据xxip发现是向我发起的ARP请求，那么就给它响应一条消息，告诉它自己的mac地址是多少。

ARP协议报头

硬件类型：数据链路层网络类型，1为以太网。

协议类型：只要转换的地址类型，0x0800为IP；

硬件地址长度：对于以太网为6字节。

协议地址长度：对于IP地址为4字节。

op：1表示ARP请求，2表示ARP应答。

ARP请求发送过程

如果局域网内一台主机想知道局域网内另一台主机的mac地址（已知其ip地址），那么它可以发起一个ARP请求。

填充ARP报头：

op填1（请求）

发送端mac地址和发送端ip地址：自己的mac地址和ip地址。

目的mac地址：未知，填全F

目的ip地址：已知的

mac帧报头：

目的mac地址：全F（表示广播）

源mac地址：自己的mac地址

由于以太网mac地址是全F，广播，所以局域网内每台主机都会收到，到达某台主机的mac帧层时，发现它的目的mac地址是广播地址，就把数据帧向上交付给ARP层。

ARP层：

1）先看op字段。

2）发现op字段是请求，那么继续看目的ip地址，如果与当前主机ip地址相同，则说明是发给本主机的，本主机就会给对方回一个ARP应答。

ARP应答发送过程

目标主机收到应答，mac帧层发现是发给自己的，将数据帧向上交给ARP层。

ARP层：

1）先看op字段，发现op是2（即应答）

2）提取发送端mac地址+发送端ip地址

如果是其他主机收到应答，那么它在数据链路层就发现不是发给自己的，就丢弃了。

ARP欺骗

1）如何获得同一网段下的其他所有主机的mac地址？

用自己的ip地址和子网掩码按位与得到网络号，遍历所有的ip地址，ping一下，就ok了。

2）ARP欺骗

ARP的缓存是有时间限制的，且多次发送收到应答时，往往会以最新的为准。

同一个局域网内的hostM（攻击机）可以伪造应答发疯狂发送给hostA，hostA就会以为ipA的mac地址是macM，那么它就会给hostM发送报文。

hostM可以选择丢弃该报文，也可以替hostA向Route R去请求，Route R应答也会发送给我，此时hostM就成了中间人。