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第三章 链路层

3.1 引言

  • 设计链路层的目的是为 IP 模块发送和接收 IP 数据报,可用于携带一些支持 IP 的辅助性协议,如 ARP。
  • TCP/IP 支持多种链路层,依赖于网络硬件类型:

    • 有线局域网,如以太网。
    • 城域网(MAN),如服务供应商提供的有线电视和 DSL 连接。
    • 有线语音网络,如支持调制解调器的电话线。
    • 无线网络,如 Wi-Fi(无线局域网)。
    • 基于蜂窝技术的各种无线数据服务,如 HSPA、EV-DO、LTE、WiMAX。
  • 本章将讨论点到点协议(PPP)、如何在其他协议中携带链路层协议、隧道技术。

  • 链路层的 PDU 通常称为:帧。

  • 帧通常支持可变的帧长度,范围从几字节到几千字节。该上限称为最大传输单元(MTU)。

3.2 以太网和 IEEE 802 局域网/城域网标准

3.2.1 IEEE 802 局域网/城域网标准

  • 介质访问控制(MAC)协议:

    • 基于每个站尝试独立使用网络。如CSMA/CD:带冲突(或碰撞)检测的载波侦听多路访问。使得在给定时间内,基于竞争的,网络中只有一个帧传输。
    • 基于预先安排的协调。如依据为每个站分配的时段发送。
  • 共享电缆 -> 双绞线(10BASE-T) -> 快速以太网(100BASE-TX,100Mb/s) -> 以太网交换机。

  • 以太网标准:802.3。

  • Wi-Fi 标准:802.11(帧格式和通用接口大部分来自 802.3)。

3.2.2 以太网帧格式

  • 前导字段和帧起始分隔符(SFD):用于接收器同步。

    • 前导典型值:0xAA。
    • SFD典型值:0xAB。
  • 目的地址(DST)和源地址(SRC):各 6 字节,又称 MAC地址、链路层地址、802地址、硬件地址、物理地址。允许广播(ARP协议)或组播(ICMPv6协议)

  • 类型或长度字段:大于等于1536表示类型,小于等于1500表示长度。常见值:

    • IPv4:0x0800。
    • IPv6:0x86DD。
    • ARP:0x0806。
    • Q标签帧:0x8100。
  • 标签:常见的是由 802.1p 和 802.1q 使用的,提供虚拟局域网(VLAN)和一些服务质量(QoS)指示符。

    • 信封帧:802.3 帧格式提供最大为 482 字节的标签,这些较大的帧称为信封帧。
    • Q标签帧也是信封帧。
  • 数据区(有效载荷):放置上层 PDU,最大为 1500 字节(MTU),有时会填充 0 来满足最小长度要求。

  • 循环冗余校验(CRC)字段或帧校验序列(FCS)字段中:32位。