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。
1. 对比理解"数据连链路层"和"网络层"
2. 以太网
2.1 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。
- 例如以太网中的网络必须使用双绞线：传输速率有10M，100M，1000M等。
- 以太网是当前应用最广泛局域网技术，和以太网冰冷的还有令牌环网，无线LAN等。
2.2 以太帧格式
- 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，是在网卡出厂的时候固化的。
- 帧协议类型字段有三种值，分别对应IP、ARP、PARP。
- 帧末尾是CRC校验码。
3. MAC地址
3.1 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48位，即6字节，一般用16进制数字加上冒号的形式来表示（如：12:56:78:a5:e5:71）。
- MAC地址在网卡出厂时就已经确定了，不能修改，MAC通常是唯一的（虚拟机中的AMC地址并不是真实的MAC地址，可能会冲突，也有网卡支持用户配置MAC地址）。
3.2 对比MAC地址和IP地址
- IP地址描述的是路途的起点和终点（源主机-目标主机）
- MAC地址描述的是路途上每个区间的起点和终点（源主机-路由器A，路由器1-路由器2，...，路由器N-目标主机）
4. MTU
4.1 认识MTU
MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制，中国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数据包的长度不构46字节需要在后面填充位。
- 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的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（fragmentation）。
- 不同的数据链路层标准MTU是不同的。
4.2 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报分成多个小包，并购每个小包打上标签。
- 每个小包IP协议有的16位标识（id）都是相同的。
- 每个小宝的IP协议头3为字段中，第二位为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1，否则为0）。
- 到达对端时再将这些小包按序重组，拼装到一起返回给传输层。
- 一旦小包中的任意一个丢失，接收端重组就会失败，但是IP层不负责重传。
4.3 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）），就会在网络层分成多个IP数据报。
- 这多个IP数据包只要有任意一个丢失，都会引起重组失败，并且UDP不会进行重传，如果UDP数据包在网络层分片，整个数据的丢失概率就大大增加了。
4.4 MTU对TCP协议的影响
- TCP的一个数据报也不能无限大，TCP当数据报最大长度被称为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（这个给长度仍然受限于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。
- 双方得到对方的MSS值后，选择较小的MSS值作为最终的MSS。
- MSS值就是在TCP首部40字节变长选项中（kind=2）。
MSS和MTU的关系
4.5 查看硬件地址和MTU
使用ifconfig命令即可查看ip地址，mac地址，MTU。
5. ARP协议
虽然在这里介绍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，日志一个介于数据链路层和网络层之间的协议。
5.1 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。
- 网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，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。
- 因此在通讯前必须火地目的主机的硬件地址。
5.2 ARP协议的工作流程
- 源主机发出ARP请求，询问"IP地址是192.168.0.1"的主机硬件地址是多少？"并将整个请求广播到本地网段（以太帧首部的硬件地址填 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。
- 每台主机都维护一个 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。
5.3 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，但如果链路层是其它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。