前言

hello,各位小伙伴大家好！今天我们要介绍的关于数据链路层的相关内容，上一篇文章介绍的是关于网络层中的IP协议，数据经过网络层，并不是将数据传输到网络中，而是交给数据链路层，在这层中封装MAC帧，用来标识需要交给局域网中的哪一个路由器，下面我们就一起具体来看看数据链路层是如何实现的。

1.认识以太网帧格式

"以太网" 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内容, 也包含了一些物理层的
内容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速率等;
例如以太网中的网线必须使用双绞线; 传输速率有10M, 100M, 1000M等;
以太网是当前应用最广泛的局域网技术; 和以太网并列的还有令牌环网, 无线LAN等;

源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址), 长度是48位,是在网卡出厂时固化的;
帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP;
帧末尾是CRC校验码。

解决如何分离:
MAC帧协议采取的是定长策略，通过定长的方式进行分离
解决如何分用:
保存该数据报文的上一层的协议类型，根据协议类型交付给上一层!

2.理解局域网转发的原理

在同一个局域网的主机，能够直接通信，在局域网中两台主机通信时，该局域网中的所有主机都会收到数据采用特定的策略，让其它主机屏蔽该数据!

如图所示：

局域网中所有的主机都能收到对应的mac地址，只不过大部分主机在自己的数据链路层通过对比数据帧中的目标mac地址和自己的mac地址是否相等，来决策要不要进行后续的处理
局域网中数据传输存在的问题:
在局域网，任何时刻，只能有一个主机发送消息，如果多个消息被同时发送，导致局域网中的数据发生碰撞，进而数据成为无效数据
所以一个局域网即是一个碰撞域
解决方式:采用主机碰撞检测和碰撞避免算法
表现形式:令牌环网和以太网
令牌环网:当某个主机持有令牌时才能发送信息
以太网:当数据发生碰撞之后，下一次发送数据会等一会, 然后重新发送
从系统视角看待局域网:局域网可以看作为是系统中的临界资源- >碰撞检测和碰撞避免算法->任何一个时刻只有一台主机能够向临界资源中写入数据而令牌就相当于系统中的锁

理解局域网中的交换机：

交换机:
1.识别局部性的碰撞,对碰撞数据不做转发
2.左侧数据发生碰撞，不进行转发,右侧数据发生碰撞的概率也就低了

3.认识MTU

因为碰撞域的存在,所以数据在传输的过程中，数据传输的大小就会有限制，数据传输太大会增加碰撞的概率，太小会降低数据传输的效率
所以针对上面的原因，mac帧数据在传输的过程中规定了数据传输的大小，一次传输的过程中大小不能超过1500字节
最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU),不同的网络类型有不同的MTU;
不同的数据链路层标准的MTU是不同的;

4.MTU对IP协议的影响

由于数据链路层MTU的限制, 对于较大的IP数据包要进行分包.

将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签;
每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的;
每个小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位置为0, 表示允许分片, 第3位来表示结束标记(当前是否是最后一个小包, 是的话置为0, 否则置为1);
到达对端时再将这些小包, 会按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层;
一旦这些小包中任意一个小包丢失, 接收端的重组就会失败. 但是IP层不会负责重新传输数据

如图所示：

5.MTU对UDP协议的影响

一旦UDP携带的数据超过1472(1500 - 20(IP首部) - 8(UDP首部)), 那么就会在网络层分成多个IP数据报.这多个IP数据报有任意一个丢失, 都会引起接收端网络层重组失败. 那么这就意味着, 如果UDP数据报在网络层被分片, 整个数据被丢失的概率就大大增加了.

6.MTU对于TCP协议的影响

TCP的一个数据报也不能无限大, 还是受制于MTU. TCP的单个数据报的最大消息长度, 称为MSS(MaxSegment Size);
TCP在建立连接的过程中, 通信双方会进行MSS协商.
最理想的情况下, MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度(这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU).
双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值.
然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS.
MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2);

MSS和MTU的关系：

7.查看硬件地址和MTU

总结

以上就是关于数据链路中相关实现内容介绍，感谢大家的阅读，希望对大家有所帮助，我们下次再见！