＜JavaEE＞数据链路层 -- 以太网协议、MTU限制、ARP协议

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

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。