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一、以太网
二、以太网帧格式
三、 MTU
1、MTU概念
2、 MTU对IP协议的影响
3、MTU对UDP协议的影响
4、 MTU对于TCP协议的影响
四、MAC地址
五、 ARP协议
1、ARP协议的作用
2、ARP协议的工作流程
3、ARP数据报的格式
4、中间人 数据链路层解决的#xff0c;是…目录
一、以太网
二、以太网帧格式
三、 MTU
1、MTU概念
2、 MTU对IP协议的影响
3、MTU对UDP协议的影响
4、 MTU对于TCP协议的影响
四、MAC地址
五、 ARP协议
1、ARP协议的作用
2、ARP协议的工作流程
3、ARP数据报的格式
4、中间人 数据链路层解决的是在同一个子网内如何发送数据的问题。 跨网络的本质就是在很多子网内进行路由和转发。
一、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10M100M1000M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。
二、以太网帧格式 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。 以太网中任何时刻只能有一台主机给另一台主机发送数据帧否则可能会发生数据碰撞的问题。因此局域网又称为碰撞域。
三、 MTU
1、MTU概念 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的MTU是不同的。 设置MTU是因为局域网内同一时刻只允许一台主机发送消息否则可能会导致数据碰撞如果一个数据帧过长则会导致碰撞发生的几率且发生碰撞整个数据帧都要重传。
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。
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))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。
4、 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(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(kind2)。
四、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) 主机A向主机D发送数据时会把报文报头中的目的MAC地址设置为D的MAC地址。实际上A的数据报发出后该局域网中的所有主机都能收到该数据报每一台主机都会把数据报的报头分离出来并把目的MAC地址与自己做对比如果不同则直接丢弃该报文相同则把有效载荷交给上层。 网卡可以设置为混杂模式即不对报文的目标MAC地址进行认证直接把有效载荷向上交付。这也是大部分局域网抓包软件的原理。 因为局域网中可能会出现数据碰撞的问题因此为了解决这个问题首先要先发现问题。主机A在发送完数据后也会自己接收一份自己刚刚发送的数据并进行报文拆分后检查校验码与自己之前发送的是否相同如果相同则没有发生碰撞如果不同就等一会再发一次。这个等待的时间是随机的局域网中每个主机不同。这种网络资源可以类比到系统中的临界资源。 局域网中主机数量越多发生碰撞的概率越大。为了降低发生碰撞的概率可以在局域网中增加交换机来划分碰撞域把碰撞域划分成几个区域一个区域内的数据帧不会被发送到其他区域。
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。 把数据从主机A发送到主机B需要知道对方的MAC地址因此就需要根据对方的IP地址转换成MAC地址。这需要用到ARP协议。
五、 ARP协议
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之间的协议。
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。 因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。
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。这样做是因为一个局域网内IP地址是公有的有可能MAC1对应的设备退出后MAC2设备用使用了同一个IP地址导致数据发送不了。 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。
任何主机收到ARP先看op确认是请求还是应答。
4、中间人 因为所有主机收到APR后都会直接查根据应答看op字段判断是请求还是应答如果是应答就会根据应答在本主机内构建IP地址与MAC地址的映射关系。这样一来就有可能有一个中间人主机M向主机A发送ARP应答把路由器的IP与自己的MAC地址放到一起发给主机A这样主机A就会误以为路由器的IP地址对应的MAC地址是M的MAC地址从而以后本该发给路由器的数据都发给主机M了。同样的操作再对路由器做一次这样路由器发给主机A的数据都会发送给主机M。这就叫做ARP欺骗。
