TCP/IP详解卷1 读书笔记：第二章 链路层

链路层作用

链路层主要有三个作用：（1）为I P模块发送和接收I P数据报；（2）为A R P模块发送 A R P请求和接收 A R P应答；（3）为R A R P发送R A R P请求和接收R A R P应答。

总结为一句话：为上层协议提供服务。

注：虽然ARP/RARP在功能上划分为链路层，但在实现上，其与IP层同一级别。

 

链路层数据抓包

Wireshark抓的以太网帧中，帧头14个字节，其中源目地址（MAC地址）各6字节，还有一个2字节的类型字段（用来标识上层协议IP/ARP/RARP），没有帧尾，这是因为以太网帧没有采用尾部封装。

注意：

以太网帧头中，源目MAC地址一定是网络路径中相邻的两个硬件地址，而不是网络数据包最初的源目IP地址对应的MAC。

另外，这里的目的MAC还可能是广播地址，即6个字节中所有位都为1.

 

IP数据包的处理过程

该图解释了IP数据包的处理过程。

处理过程（图中标号1,2,3,4）：

1. 环回地址

如果数据包中目的地址是环回地址（127.x.x.x），流程为 IP输出函数 –> 放入IP输入队列中

注： 127.x.x.x 都是环回测试地址。 Ping该网段的时候，用wireshark抓不到，因为处理流程未经过网卡驱动，而是由TCPIP协议栈直接处理了。

另外，192.168.1.101（本机IP），ping本机IP的时候，用wireshark也抓不到。

2. 非环回地址

判断目的地址是否是多播或广播地址，如果是，就把数据拷一份送入IP输入队列中（本机也是多播或广播的接收地址之一，因此拷一份给自己），然后把数据发到网络中；

如果不是，接着判断目的地址与本地IP是否相同，如果相同，将数据放入IP输入队列中；如果不同，将数据发送到网络中；

注意：“目的IP地址是否与广播地址或多播地址相同？”，是的分支（向左），然后又分出了两个箭头，一个继续向左（即自身地址也属于是广播或多播地址的范围，拷贝一个份数据给自己），还有一个向下的分支即发送到以太网上；这里这个向下的分支写的过于笼统，其发送流程仍然是查询ARP表，组装数据包并发送出去。（注：广播和组播地址对应的MAC地址，可以计算出来（组播地址一定是根据组播号来计算出MAC地址的，参考第十二章广播与多播），因此不查找ARP表也是可以的）只是这时的ARP表如下：

注意到上面的广播和组播地址对应的MAC都是固定的，且全为f。因此，这时不需要再用ARP协议查询目的地址（广播或多播地址）对应的MAC，而是直接组包发送了。

3. 从网络中接收到的数据包

从网络中接收到的IP数据包，也放入到IP输入队列中。

4. 将数据包递交给上层应用

 

注意：

（1）. 红框中的两个“IP输入队列”指的是同一个队列，这里为了画图需要，画做了两个。

（2）. IP输入队列中的数据，可以认为都是接收到的数据。对于上述1,2中，数据是在发送时，判断出该数据应该投递是目的地址（或目的地址之一）的本机；3中，从网络上接收而来，本机是目的地址。因此，应当认为IP输入队列中的数据，都是接收到的数据，即将被提交给上层协议。

 

 

MTU及路径MTU

以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500（46～1500）和1492字节。链路层的这个特性称作MTU，最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。（注：MTU是链路层的特性，由链路层物理性质决定，和上层无关。）如果两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的MTU。两台通信主机路径中的最小MTU。它被称作路径MTU。

两台主机之间的路径MTU不一定是个常数，它取决于当时所选择的路由。而选路不一定是对称的（从A到B的路由可能与从B到A的路由不同），因此路径MTU在两个方向上不一定是一致的。

路径MTU的发现机制

当路由器收到一份需要分片的数据报，而在IP首部又设置了不可分片（DF）的标志位时，则会产生ICMP不可达差错。（注：产生ICMP不可达差错可能有3种情况，TTL为0，端口不可达，以及IP需要分片但又设置了不允许标志。）这种情况下的ICMP不可达差错报文可以提供下一站的MTU。如果路由器没有提供这种新的ICMP差错报文格式，那么下一站的MTU就设为0。尽管大多数的系统不支持路径MTU发现功能，但可以很容易地修改traceroute程序，用它来确定路径MTU。要做的是发送分组，并设置“不可分片”标志比特。发送的第一个分组的长度正好与出口MTU相等，每次收到ICMP“不能分片”差错时就减小分组的长度。如果路由器发送的ICMP差错报文是新格式，包含出口的MTU，那么就用该MTU值来发送，否则就用下一个最小的MTU值来发送。正如RFC1191[Mogul and Deering 1990]声明的那样，MTU值的个数是有限的，因此在我们的程序中有一些由近似值构成的表，取下一个最小MTU值来发送。