目录
[2.1 以太网帧格式](#2.1 以太网帧格式)
[2.2 认识MAC地址](#2.2 认识MAC地址)
[2.3 对比理解MAC地址和IP地址](#2.3 对比理解MAC地址和IP地址)
[2.4 认识MTU](#2.4 认识MTU)
[2.5 MTU对IP协议的影响](#2.5 MTU对IP协议的影响)
[2.6 MTU对UDP协议的影响](#2.6 MTU对UDP协议的影响)
[2.7 MTU对TCP协议的影响](#2.7 MTU对TCP协议的影响)
[3.1 ARP协议的作用](#3.1 ARP协议的作用)
[3.2 ARP协议的工作流程](#3.2 ARP协议的工作流程)
[3.3 ARP数据报的格式](#3.3 ARP数据报的格式)
一、数据链路层
用于两个设备（同一种数据链路节点）之间进行传递。
二、认识以太网
- "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。
2.1 以太网帧格式
以太网的帧格式如下所示：
- 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，在网卡出厂时固定的。
- 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。
2.2 认识MAC地址
- MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点。
- 长度为48位，即6个字节。一般用16进制的数字加上冒号来表示（例如：35:00:3c:79:10:3b）
- 在网卡出厂时就确定了，不能修改。MAC地址通常是唯一的（虚拟机中的MAC地址不是真实的MAC地址，可能会冲突；也有些网卡支持用户自己配置MAC地址）。
2.3 对比理解MAC地址和IP地址
- IP地址描述的是路途总体的起点和终点。
- MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点。
2.4 认识MTU
MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制。这个限制是不同的数据链路层对应的物理层，产生的限制。
- 以太网帧中的数据长度规定最小46字节，最大1500字节，ARP数据包的长度不够46字节，要在后面补填充位。
- 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MTU。
- 如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片。
- 不同的数据链路层标准的MTU是不同。
2.5 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数据包要进行分片。
- 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位表示结束标志（当前是否是最后一个包，是的话置为1，否则置为0）。
- 到达对端时再将这些小包，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。
2.6 MTU对UDP协议的影响
让我们回顾一下UDP协议：
- 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，整个数据报被丢失的概率会大大增加。
2.7 MTU对TCP协议的影响
让我们再回顾一下TCP协议：
- 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（Max Segment 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值。
- 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：
查看硬件地址和MTU
使用ifconfig命令，即可查看IP地址，MAC地址和MTU。
三、ARP协议
虽然我们在这里介绍ARP协议，但是需要强调，ARP不是一个单纯的数据链路层的协议，而是一个介于数据链路层和网络层的协议。
3.1 ARP协议的作用
ARP协议建立了主机IP地址 和 MAC地址的映射关系。
- 在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP和端口号，却不知道目的主机的硬件地址。
- 数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。
- 因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。
3.2 ARP协议的工作流程
- 源主机发出ARP请求，询问"IP地址=172.20.1.2的主机的硬件地址是多少"，并将这个请求广播到本地网段（以太网帧首部的硬件地址填写FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播）。
- 目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机相符，则发送一个ARP应答数据包给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中。
- 每个主机都维护一个ARP缓存表，可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间（一般为20分钟），如果20分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址。
3.3 ARP数据报的格式
- 注意到源MAC地址，目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次，对于链路层为以太网的情况是多余的，但是如果链路层是其他类型的网络则有可能是必要的。
- 硬件类型指链路层网络类型，1为以太网。
- 协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址。
- 硬件地址长度对于以太网地址是6字节。
- 协议地址长度对于IP地址是4字节。
- op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。