＜JavaEE＞ 数据链路层 -- 以太网协议、MTU限制、ARP协议

目录

以太网协议

什么是以太网？

以太网的帧格式

什么是MAC地址？

MAC地址和IP地址的对比？

MTU（最大传输单元）限制

什么是MTU限制？

MTU对IP协议有什么影响？

MTU对UDP协议有什么影响？

MTU对TCP协议有什么影响？

ARP协议

什么是ARP协议？

ARP协议的作用是什么？

ARP协议的工作流程

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以太网协议

                                                  

什么是以太网？

• “以太网”是一种技术标准，其中既包含了数据链路层的内容，也包含了物理层的内容。

• 以太网是当前应用最广泛的局域网技术。

• 除以太网之外，还有令牌环网、无线LAN等和以太网并列。

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以太网的帧格式

• 以太网数据帧长度最小为46字节，最大为1500字节。

• 源地址和目的地址：是指网卡的硬件地址，也称为MAC地址。

• 帧协议类型，有三种值：

  • 0800，对应IP协议

  • 0806，对应ARP协议

  • 8035，对应PARP协议

• CRC检验码：位于数据帧的末尾，用于校验报头正确性。

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什么是MAC地址？

• MAC地址用于识别数据链路层中相连的节点。

• MAC地址长度为48位（6个字节），通常使用16进制数字加上冒号表示。如：01:AB:23:CD:45:EF

• MAC地址在出厂时就固定了，不能修改，通常是唯一的（虚拟机除外）。因此MAC可以作为一台网络设备的身份标识。

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MAC地址和IP地址的对比？

• IP地址描述的是路径的起点和终点；MAC地址描述的是路径中，某个区间的起点和终点。

• IP协议用于整个通信过程的路径规划工作；以太网使用MAC地址，在两个相邻网络设备之间进行通信。

• IP地址是可变的，MAC地址通常是不可变的。

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MTU（最大传输单元）限制

                                                  

什么是MTU限制？

• MTU是指物理层对数据链路层传输数据帧长度的限制。

• 不同的数据链路层协议和对应的物理层之间，MTU限制也不同。

• 当数据包长度超过MTU限制，则会对数据包进行分片（fragmentation）。

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MTU对IP协议有什么影响？

• 会对超过限制的长数据进行分包。

• 分包是指将长数据分为多个短数据，每个短数据包协议头中的16位标识（id）是相同的。

• 每个短数据包IP协议头中的3位标志字段，第2位为0时，表示允许分片；第3位表示结束标记，包未结束则为0，包已结束则为1。

• 到达目标地址时，会对多个短数据包按顺序重组，并一起返回传输层。

• 当某个短数据包丢失，则整个长数据包失效。

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MTU对UDP协议有什么影响？

• 在经过网络层时，如果UDP数据报超过1500（包含报头），就会被分成多个IP数据报。

• 如果其中一个数据报丢失，则会导致数据接收失败。所以UDP数据报被分片时，传输失败的概率会大大增加。

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MTU对TCP协议有什么影响？

• TCP数据报不定长，但也不是无限制。MTU限制了单个TCP数据报的最大长度，称为MSS。

• TCP建立连接时，通信双方会在SYN中进行MSS协商，协商交互双方能够接收的最大MSS值，MSS值记录在TCP首部的40字节变长选项中。

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ARP协议

                                                  

什么是ARP协议？

• ARP协议是一个介于数据链路层和网络层之间的协议。

• ARP数据包长度不足46字节时，会补充填充位，直到满足46字节。

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ARP协议的作用是什么？

• 通讯前需要获得目标主机的IP地址、端口号和硬件地址。APR协议会记录目标主机的硬件地址，建立主机IP地址和MAC地址的映射关系（转发表）。因此通过IP地址就可以找到硬件地址。

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ARP协议的工作流程

• 源主机发出ARP请求，询问某IP地址的硬件地址（MAC），并将请求广播到本地网段。

• 目的主机接收ARP请求，本机IP地址与请求中的IP地址相匹配时，则向源主机发送ARP应答数据包，并将本机MAC地址填写在数据包中。

• 每台主机都会维护一个ARP缓存表（可使用arp -a命令查看），用于记录IP地址和MAC地址的映射关系。

• 缓存表每个表项过期时间通常为20分钟，20分钟未通信则再次通信时需要重复上述步骤。

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