数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别。

一、以太网

以太网的帧格式

如何分离报头和有效数据？

报头是固定长度的

如何将数据交给上层协议？

通过类型，如果是0800，则交给IP协议，如果是0806，就交给ARP协议

Mac地址

• MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点
• 长度为48位，及6个字节。 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(如：08:00:27:03:fb:19)
• 在网卡出厂时就确定了，不能修改。mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址，可能会冲突，也有些网卡支持用户配置mac地址)

在网络传输时，源IP地址/目的IP地址不变(NAT技术将内网IP替换成公网IP除外)，表示横跨多个网络的地址，源Mac地址/目的Mac地址会一直变化，描述的是路径上的每段路途的起点和终点

认识MTU

MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制，这个限制是不同的数据链路对应的物理层产生的限制

• 以太网帧中的数据长度规定最小46字节，最大1500字节，ARP数据包的长度不够46字节，要在后面补填充位

• 最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU)，不同的网络类型有不同的MTU

• 如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片(fragmentation)
• 不同的数据链路层标准的MTU是不同的

所以UDP/TCP发送的数据报文的大小都要在一定的范围内，不然在IP层就会被分片，让数据丢失的概率变大，效率变低。

UDP的报文中的有效数据<=1500-20-8=1472，TCP的报文中的有效数据<=1500-20-20=1460(最大段长度MSS)。TCP在建立连接时就会约定好MSS的大小，取两者的较小值

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二、ARP协议

在局域网通信中，我们总是能通过主机的IP地址找到主机的Mac地址，从而将数据发送出去，但是我们如何通过IP地址得到Mac地址呢？--- ARP协议

ARP协议格式

• 注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次，对于链路层为以太网的情况是多余的，但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的。
• 硬件类型指链路层网络类型，1为以太网
• 协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址
• 硬件地址长度对于以太网地址为6字节
• 协议地址长度对于和IP地址为4字节
• op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答

这里有三点需要注意：

• 主机会将收到的ARP结果缓存起来(一段时间后失效) --- 有效减少ARP请求的次数，同时也防止别人的主机换了，我们还在往过期的地址发送数据
• 一台主机既能收到ARP请求也能收到ARP应答
• 主机会按照最新的地址信息来跟新缓存

 用arp -a 命令，就能看到主机中缓存的地址

和ARP协议对应的还有一个RARP协议，作用是已知Mac地址要求IP地址，有兴趣可以了解一下

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三、DNS协议(域名解析协议)

所谓的域名，就是我们日常输入的网址中写的类似www.baidu.com的字符串，它可以帮助我们记忆网站地址，不需要在使用IP地址。DNS协议的作用在于将域名翻译成IP地址。会有专门的域名解析服务器来帮助我们完成这一动作。

域名使用 . 连接

• com：一级域名，表示这是一个企业域名，同级的还有 "net"(网络提供商)，"org"(非盈利组织) 等
• baidu：二级域名，公司名(或者组织的名称)
• www：只是一种习惯用法，之前人们在使用域名时，往往命名成类似于www.xxx.xxx这样的格式，来表示主机支持的协议

四、ICMP协议

 

五、NAT技术

NAT技术，全称为Network Address Translation（网络地址转换），是一种在IP网络中用于解决IPv4地址短缺问题的技术。以下是NAT技术的简单介绍：

定义与背景

• NAT技术是在1994年提出的，旨在通过将一个外部IP地址和端口映射到更大的内部IP地址集来转换IP地址。
• NAT允许在本地网络中使用私有IP地址，当连接互联网时则使用全局IP地址。

工作原理

• NAT使用流量表将流量从一个外部（主机）IP地址和端口号路由到与网络上的终结点关联的正确内部IP地址。
• NAT的实现方式有三种：静态转换（Static NAT）、动态转换（Dynamic NAT）和端口多路复用（OverLoad或PAT）。

NAT技术的缺点：

1、外网无法直接访问内网中的主机，因为转化表是内部主机访问外网时才会创建映射关系

2、 装换表的生成和销毁都需要额外开销

代理服务器

NAT vs 代理服务器

• 从应用上讲，NAT设备是网络基础设备之一，解决的是IP不足的问题。代理服务器则是更贴近具体应用，比如通过代理服务器进行翻墙，另外像迅游这样的加速器，也是使用代理服务器
• 从底层实现上讲，NAT是工作在网络层，直接对IP地址进行替换。代理服务器往往工作在应用层
• 从使用范围上讲，NAT一般在局域网的出口部署，代理服务器可以在局域网做，也可以在广域网做，也可以跨网
• 从部署位置上看，NAT一般集成在防火墙，路由器等硬件设备上，代理服务器则是一个软件程序，需要部署在服务器上

内网穿透 && 内网打洞