https://blog.csdn.net/qscftqwe/article/details/157249052
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一.数据链路层
引入：
数据链路层解决的是直接相连设备之间的数据帧可靠交付问题；在同一个局域网中，它通过 MAC 地址唯一标识并区分每一台设备。
1.1 以太网帧的格式和数据链路层的知识
**目的地址/源地址：**数据链路层解决的是直接相连设备之间的数据帧可靠交付问题，因此目的地址就是对方的Mac地址，源地址就是自身的Mac地址！
类型： 以太网帧中的 "类型"字段 （Type / EtherType）用于标识该帧所承载的上层协议类型，从而让接收方知道如何处理帧中的数据。
CRC（循环冗余校验码）：是验证码的一种
**PAD（填充字节）：**因为ARP和RARP它们的长度不符合最低46字节，因此PAD就是把缺的部分补上！
1.认识MAC：
MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点；
长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示（例如: 08:00:27:03:fb:19），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配置mac地址）。
2.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
**举个例子：**A要发数据到D，那么要经过B，C，IP的源地址就是A，目的地址是D，而MAC地址A------B，B------C，C------D。
3.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技术标准决定 ，而这些标准又受到受底层物理介质和硬件
以太网帧的数据字段 长度规定为 46 ～ 1500 字节 。若上层协议数据（如 ARP 报文）不足 46 字节 ，则需在末尾添加 填充字节，使总数据长度达到至少 46 字节；
1500 字节称为以太网的 MTU （最大传输单元），表示该链路能承载的上层协议数据；
不同数据链路层标准（如 PPP、Wi-Fi、FDDI）具有不同的 MTU 值。
1.2 MTU对UDP和TCP的影响
UDP：
**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。
TCP：
TCP 的单个报文段不能无限大，其大小受限于底层网络的 MTU 。 为了避免 IP 层分片 ，TCP 引入了 MSS ，表示TCP 报文段中数据部分的最大长度（不包括 TCP 和 IP 首部）。
在 TCP 三次握手建立连接时，通信双方会在 SYN 报文的 TCP 选项字段 中携带自己支持的 MSS 值：
通常，MSS = 本地 MTU − IP 首部长度 − TCP 首部长度 ； （例如以太网 MTU=1500 → MSS = 1500 − 20 − 20 = 1460 字节）
- 双方收到对方的 MSS 后，会取较小值作为本次连接的最终 MSS，确保双方发送的数据段都不会导致 IP 分片。
二.ARP协议
引入：
ARP 是网络层协议（TCP/IP可能是因为从功能上来看，OSI则认为是数据链路层可能是因为其采用帧的格式），但它不封装在 IP 数据报中，而是直接封装在数据链路层帧中 （如以太网帧），因此它"位于网络层底部，紧贴数据链路层"。
作用：ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系.
在同一局域网 中进行通信时，源主机的应用程序知道目的主机的 IP 地址和端口号 ，但不知道其硬件地址 （MAC 地址）。 数据帧到达主机后，网卡首先检查目的 MAC 地址：
如果与本机 MAC 地址不匹配 （且不是广播地址），则直接丢弃，不会交给上层协议处理；
因此，在发送数据前，源主机必须通过 ARP 协议 获取目的主机的 MAC 地址，并将数据封装在以太网帧中发送。
ARP格式：
**以太网目的地址：**要发给谁（请求的时候，这个为全1）
**以太网源地址：**发送人是谁
帧类型：固定0806，其作为数据帧的类型之一
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IPv4
**硬件地址长度：**对于以太网地址为6字节
**协议地址长度：**对于和IP地址为4字节
**op：**字段为1表示ARP请求；op字段为2表示ARP应答
**发送端以太网地址和IP地址：**发送人的MAC地址和IP地址
**目的以太网地址和IP地址：**接收人的MAC地址和IP地址
ARP工作流程：
例子为A发给C
A 首先构造一个 ，ARP 请求报文，因为它不知道目标 IP 对应的 MAC 地址。
在以太网帧中，目的 MAC 地址字段填为全 F （即
FF:FF:FF:FF:FF:FF，广播地址），表示该帧将被局域网内所有设备接收。局域网中的每个设备收到该帧后：
首先在数据链路层检查目的 MAC 地址 ；如果是广播或本机 MAC，则上送至网络层处理；否则直接丢弃（不会进入网络层）。
对于上送的设备（如 B 和 C），会解析 ARP 报文中的操作码（op）：
若 op = 1（请求），则检查 ARP 报文中"目标协议地址"（即要查询的 IP）是否等于本机 IP；
如果匹配，则构造 ARP 应答；如果不匹配（如 B 的情况），则丢弃该 ARP 请求（注意：B 是在网络层判断 IP 后丢弃，但前提是它已通过 MAC 地址过滤，进入了上层）。
3 .假设 C 的 IP 与 A 查询的目标 IP 匹配：
C 构造 ARP 应答报文 （op = 2），并将以太网帧的目的 MAC 地址设为 A 的 MAC 地址（单播，因为其他设备MAC匹配不上，因此不会进入网络层，也就不会检测ARP报文）；
当 C 发送该应答帧时，B 收到后在数据链路层发现目的 MAC 不是自己也不是广播，立即丢弃，根本不会送到网络层；
A 收到后，确认目的 MAC 是自己，解析 ARP 应答，根据 op=2 判定为应答 ，于是更新本地 ARP 缓存（将 IP 与对应的 MAC 地址绑定）。
ARP周边问题：
ARP 会缓存结果
主机在收到 ARP 应答后，会把 IP → MAC 的映射存入本地 ARP 缓存表；
后续通信直接查表，不用每次都广播请求，提高效率。
多次 ARP 应答，以最新为准
ARP欺骗问题：
A ：普通用户（IP=192.168.1.10）；B ：网关/路由器（IP=192.168.1.1）；C：攻击者（IP=192.168.1.20）
C 向 A 发送伪造 ARP 应答：
"我是网关（192.168.1.1），我的 MAC 是
CC（C 的 MAC）"→ A 更新 ARP 表：192.168.1.1 → CC如果只伪造了网关，C还给他流量转发，那么A还可以上网，如果不转发那么A就上不了网这个就叫ARP 拒绝服务攻击（DoS）。
C 向 B（网关）发送伪造 ARP 应答：
"我是 A（192.168.1.10），我的 MAC 是
CC"→ 网关更新 ARP 表：192.168.1.10 → CC如果伪造了用户又伪造了网关，那么用户/网关接收到的应答都是C想给它们的，因此危险巨大，这个叫双向欺骗
三.RARP协议
RARP 的作用与 ARP 相反：
ARP ：已知 IP → 查询对应的 MAC 地址（IP → MAC）
RARP ：已知 MAC → 查询对应的 IP 地址（MAC → IP）
不过该协议，基本被弃用
四.DNS
DNS作用：
DNS，帮助我们输入网址的时候不需要输入IP，只需要输入一串字符串 比如：<www.baidu.com>，DNS会把这个域名转换成IP地址
域名简介：
bashwww.baidu.comcom: 一级域名，表示这是一个企业域名. 同级的还有 "net"(网络提供商), "org"(非盈利组织) 等.
baidu: 二级域名，公司名.
www: 三级域名，主机名，提供WWW服务，可以省略
五.ICMP协议
引入：
ICMP协议是一个 网络层协议
功能：
确认IP包是否成功到达目标地址。
通知在发送过程中IP包被丢弃的原因。
ICMP也是基于IP协议工作的。ICMP只能搭配IPv4使用。如果是IPv6的情况下, 需要是用ICMPv6。
IP 只管发，ICMP 负责说"到没到"和"为啥失败"。 采用ICMP，使用原始套接字实现，此时应用层直接操作 IP+ICMP，跳过 TCP/UDP。
分类：
一类是通知出错原因
一类是用于诊断查询
其中这两个的实现，就是我们常用的ping
ping命令：
注意, ping命令ping 的是域名或IP, 而不是url！
ping命令不光能验证网络的连通性, 同时也会统计响应时间和TTL**(其中时间代表的是往返延迟，TTL表示还能跳几次，一跳就是经过一个路由器)。**
ping命令会先发送一个 ICMP Echo Request给对端;
对端接收到之后, 会返回一个ICMP Echo Reply;
六.NAT技术
NAT引入：
NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段, 是路由器的一个重要功能。
**NAT能够将私有IP对外通信时转为公网IP。**也就是就是一种将私有IP和公网IP相互转化的技术方法
很多学校, 家庭, 公司内部每个终端设置私有IP， 而在路由器或必要的服务器上设置公网IP
NAT IP转换过程：
NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成公网IP 202.244.174.37;
NAT路由器收到外部的数据时, 又会把公网IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10;
但是有这样一个问题，就是如果A，B，C都访问同一个服务器，那么路由器怎么知道这个应答，要发送给那个客户端呢，这就需要用到NAT表。
NAT表：
这个表就记录了，私有IP转公网IP，对于之前的问题即任何区分A，B，C，采用端口，这样就可以区分了！你可以把一块白色区域当作一个字符串，该字符串是唯一的，因此可以区分。
NAT缺陷：
无法从NAT外部向内部服务器建立连接。
因此服务器是不能主动和设备进行通信，必须要由设备主动访问服务器才可以
装换表的生成和销毁都需要额外开销。
通信过程中一旦NAT设备异常， 所有的TCP连接也都会断开，因此又要重新创建转换表。
内网穿透frp
首先你A设备要访问C设备是不可能的，可是你要想让A访问C中设备怎么办呢？
首先你需要frp，让服务器用frps，C设备用frpc，让frpc向frps构建TCP连接，这样就建立了一条链接，然后让A访问frps，然后frps再把数据发送给frpc
frpc在发给frps，然后frps在发给A，这样就完成了A和C的通信
七.代理服务器
代理服务器 是一个"中间人"，代表客户端去访问目标服务器。它站在客户端和目标服务之间，接收你的请求，再替你转发给真正的服务器，并把结果返回给你。
图中设备用到校园网，因此会把数据发送给学校服务器，然后让学校服务器帮你访问资源，因此你用校园网访问的资源，学校是可以看到的！
代理服务器的种类：
正向代理： 对客户端，代表客户端访问外部资源
反向代理： 对服务器，代表服务器接收外部请求
因此之前的内网穿透的那个frps就是反向代理，因为A访问C，那么C(frpc)相当于服务器，而那个frps就是为了服务C，因此是反向代理！
隧道技术：
- 隧道技术通过将一种协议的报文封装到另一种协议的有效载荷中，使其能够穿越原本不支持该协议的网络（如公网）
例子：
你需要一台拥有公网 IP 的云服务器，客户端发送一个数据包，其"外层 IP 头"指向服务器（隧道出口），而"内层 IP 包"包含真正的目标地址（如
8.8.8.8或www.google.com的 IP）； 公网服务器收到后，剥去外层封装，根据内层 IP 去访问外网，并将响应原路返回。还有其他的实现，这个例子只是其中一种而已
八.NAT和代理服务器的区别
从应用上讲, NAT设备是网络基础设备之一，解决的是IP不足的问题 ；代理服务器则是更贴近具体应用 ，比如：通过代理服务器进行翻墙, 另外像迅游这样的加速器, 也是使用代理服务器.
从底层实现上讲, NAT是工作在网络层 ，直接对IP地址进行替换。代理服务器往往工作在应用层。
从使用范围上讲, NAT一般在局域网的出口部署 ，代理服务器可以在局域网做，也可以在广域网做，也可以跨网。
从部署位置上看，NAT一般集成在防火墙，路由器等硬件设备上 ，代理服务器则是一个软件程序，需要部署在服务器上。
那么关于网络层和数据链路层的知识就讲到这里了！