数据链路层

数据链路层

• 链路: 从 1 个节点到相邻节点的一段物理线路(有线或无线),中间没有其他交换节点
• 数据链路: 在一条链路上传输数据时,需要有对应的通信协议来控制数据的传输。 不同类型的数据链路所用的通信协议可能是不同的。

• 广播信道: CSMA/CD 协议(比如同轴电缆、集线器等组成的网络)
• 点对点信道: PPP 协议(比如 2 个路由器之间的信道)

• 数据链路层的 3 个基本问题

• 封装成帧
• 透明传输
• 差错检验

封装成帧

• 帧的数据部分就是网络层传递下来的数据包(IP 数据包, Packet)
• 最大传输单元 MTU(Maximum Transfer Unit),每一种数据链路层协议都规定了所能传送的帧的数据长度上限,以太网的 MTU 为 1500 个字节

透明传输

• 使用 SOH(Start Of Header) 作为帧开始符
• 使用 EOT(End Of Transmission) 作为帧结束符

• 数据部分一旦出现了 SOH、EOH,就需要进行转义

  
  

差错检验

• 使用 FCS 来检验数据是否正确, FCS 是根据数据部分 + 首部计算得出的

  
  

CSMA/CD 协议

• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), 载波侦听多路访问/冲突检测
• 使用了 CSMA/CD 的网络可以成为是以太网(Ethernet),它传输的是以太网帧。以太网帧的格式有 Ethernet V2 标准、IEEE 的 802.3 标准。使用最多的是 Ethernet V2 标准。
• 为了能够检测正在发送的帧是否产生了冲突,以太网的帧至少要 64 字节。
• 用交换机组建的网络,已经支持全双工通信,不需要在使用 CSMA/CD,但它传输的帧依然是以太网帧,所以,用交换机组建的网络,依然可以叫做以太网。

Ethernet V2 帧的格式

• 首部: 目标 MAC + 源 MAC + 网络类型
• 以太网帧: 首部 + 数据 + FCS
• 数据的长度至少是: 64 - 6 - 6 - 2 - 4 = 46 字节

Ethernet V2 标准

• 当数据部分的长度小于 46 字节时,数据链路层会在数据的后面加入一些字节填充,接收端会将添加的字节去掉。
• 长度总结:

• 以太网帧的数据长度:46 ~ 1500 字节
• 以太网帧的长度: 64 ~ 1518 字节(目标 MAC + 源 MAC + 网络类型 + 数据 + FCS)

PPP协议(Point to Point Protocol)

• Address 字段: 图中的值是 0xFF,形同虚设,点到点通信不需要源 MAC、目标 MAC 地址
• Control 字段: 图中的值是0x03,目前没有什么作用
• Protocol 字段: 内部用到的协议类型
• 帧开始符、帧结束符: 0x7E

PPP协议 - 字节填充

• 将 0x7E 替换成 0x7D5E
• 将 0x7D 替换成 0x7D5D

网卡

• 网卡接收到一个帧,首先会进行差错校验,如果校验通过则接收,否则丢弃

• Wireshark 抓到的帧没有FCS,因为它抓到的是差错校验通过的帧,帧尾的 FCS会被硬件去掉, Wireshark 抓不到差错校验失败的帧