1/0信封——数据链路层，ARP及RARP

转自http://m.blog.csdn.net/article/details?id=38269159

在硬件层，我们通过高压低压电等方式发送1/0序列实现通信，可只有通信双方协商好怎么解读这些1/0序列才有意义，这就是数据链路层协议要做的事情。它就像一个信封，把1/0序列包起来，称之为“帧”。数据链路层主要有以下几个目的：

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模块发送RARP请求和接收RARP应答。

       根据网络所使用的硬件不同，TCP/IP支持多种不同的链路层协议。其中最主要的有以太网协议跟SLIP协议等。

1.以太网协议

       以太网是当今TCP/IP采用的主要局域网技术，它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法。以太网协议的内容推荐一篇TCP-IP协议详解(2) 小喇叭开始广播 (以太网与WiFi协议)。

2.SLIP：串行线路IP

       SLIP是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式，它适用于家庭中每台计算机几乎都有的RS-232串行端口和高速调制解调器接入Internet。

       它以下面的规则定义帧格式：

1. IP数据报是以END结束，为了防止把数据发送前的噪声也当作数据接收，一般会在前面也加上一个END。
2. 如果数据报中真正的出现END，用0Xdb，0Xdc两个连续的字符来取代它，0Xdb也被称作SLIP的ESC字符。
3. 如果数据报中真的出现ESC，也就是0Xdb，用0Xdb，0Xdd来取代它。

从上面可以看出，slip帧是不带MAC码的，因为他们直接相连嘛。它很简单，所以还是会有一些缺陷的存在：

1. 必须事先知道双方的IP地址，没办法把本端的IP地址告知对方。
2. 没有类型字段，如果一条链路支持SLIP，就只能支持它。
3. 没有错误检验，如果出错就只能通过上层协议来检验。

总结，虽然它看上去缺点多多，但是还是被大量使用当中，所以对它了解是必要的。

3.PPP：点对点协议

另外一种点对点协议是PPP：点对点协议，它解决了slip协议的所有缺点。标志字段变成了0X7E，所以真的7E需要转义为0X7d、0X5e，遇到真的0X7d，需要转义为0X7d、0X5d,遇到小于0X20的也需要转义，为的是被主机或调制解调器解释为特殊的控制字符。

跟SLIP相比，它加了一个地址字节，0XFF，一个值为0X03的控制字节，一个2字节的协议，和一个2字节的CRC。

4.环回接口

大多数的产品都支持环回接口，以允许允许在同一台主机上的客户端程序和服务器程序进行通信。我们想象中的，在封装的时候如果发现目的地址是环回地址时，可以省去网络层的一些操作，但是大多数系统还是跟普通数据一样完成了，只是在要离开网络层的时候返回给自己。

这看上去多了很多不必要的操作，但确简化了设计。因为可以把环回接口看作是网络层下面的另一个链路层，网络层传给它就像传给其它链路层一样。

5.ARP：地址解析协议

ARP为IP地址和对应的硬件地址之间提供动态映射。IP地址和MAC地址的对应关系是通过ARP协议传递到路由器和主机，每个主机和路由器都有一个ARP cache，里面存有IP和MAC地址对应的关系，但是它也有时间限制的，一般是存活时间是２０分钟。

ARP请求是以广播方式发送的，发送请求的主机会说：“我IP地址是XXXX，MAC地址是XXXXXX，有谁知道IP为YYYY的MAC地址吗？”拥有该ＩＰ的主机会回答“我知道，该IP地址属于我的一个NIC（网卡），它的MAC地址是YYYYYY。”请求是广播的，但应答是单播的。另外，其他主机和路由器也会对比自己的IP和MAC地址，如果不一样的话就更新。

6.RARP：逆地址解析协议

具有本地磁盘的系统引导时，一般是从磁盘上的配置文件中读取IP地址。但是无盘机，需要采用RARP协议来读取IP地址，过程是从接口卡上读取唯一的硬件地址，然后发送一个RARP广播请求，请求某个主机响应该无盘系统的IP地址。