链路层(一)

1、提供的服务
概括来讲是通过一条链路,从一个结点向相邻的另一个结点传输网络层的数据报。细分的话分为:

链路层服务
链路层服务

链路层有这些服务,并不是说每个网络都要提供这些全部功能,比如我的办公网络中使用的介质是光纤,误码率很低,所以就不需要在链路层提供可靠交付,可靠交付让上层协议去保障(如tcp)。而一个无线网络(wifi)中,因为无线电波的衰减问题,误码率很高,所以这些网络需要在链路层提供可靠交付。

2、MAC地址
网卡都有一个唯一标识,称为Mac地址,48位。在出厂时由厂商固化在网卡中(通过软件也可以修改)。

3、链路层的工作方式
链路层分组称为帧,源主机A发出一个IP分组时,链路层协议会将IP分组封装到数据帧里。在帧的头部包含源MAC地址、目的MAC地址,分别是MAC_AMAC_R1
下一跳结点R1接收到会校验数据帧,然后取出IP分组完成网络层功能(如修改RTT,校验和),根据目的IP检索转发表,转发至指定端口。到达指定端口后,再重新封装IP分组到一个新的数据帧(如果分片就是多个帧),此时源地址、目的修改为MAC_R1MAC_R2
IP分组里只有目的IP信息,结点如何知道下一跳的MAC地址,是ARP协议的解决的问题。

4、ARP协议(地址解析协议)
ARP协议的作用是在一个局域网中,根据IP地址得到MAC地址。在一个局域网中,每个结点(主机、路由器)都会维护一个ARP表。

ARP表

AB在一个局域网中的通信过程:

ARP协议在局域网中的作用

当A和B不在一个局域网中时,主机A在封装链路层数据帧时,如何得到B的MAC地址?
答案是A无法得知,也不用知道。因为帧头部中的目的MAC地址是下一跳的MAC地址,而不是整个IP分组终点的MAC地址。

跨LAN通信过程

跨LAN通信过程

图片中的问题:

  • 主机A如何知道B的IP地址?
    答案是上层协议调用(最终起点可能是来自用户输入,比如用A访问B上的一个web应用)
  • A如何知道R左接口IP?
    默认网关,分配IP时就会得到
  • A如何知道R左接口MAC?
    用ARP协议

完整的A向B发IP分组的过程:

  • A的网络层协议构造IP数据报,源IP是IP_A,目的IP是IP_B
  • A的链路层协议构造链路层数据帧,源MAC是MAC_A,目的MAC是MAC_R-left
  • R收到数据帧,提取IP数据报,交给R的网络层,完成网络层功能(如校验头部、修改RTT)
  • R根据转发表,转发至右边的接口
  • R创建链路层数据帧,,源IP是MAC_R-right,目的IP是MAC_B
  • B的链路层收到数据帧,提取IP数据报,交给网络层

ARP协议虽然放在链路层的部分介绍,但是ARP协议通常分类是在网络层的下端(也有些观点认为应该分类在链路层)

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