前言

一个人最大的痛苦来源于对自己无能的愤怒！
Hi，这里是真的不想秃头的宝贝儿！

本文主要简单介绍【数据链路层】，其中比较重要的是【以太网协议】；除外，再针对网络原理进行简单【小结】。

一、数据链路层

1. 以太网

数据链路层中最关键的是以太网
1.以太网帧格式：

以太网帧头中的目的地址不是IP地址，而是MAC地址，是用6个字节表示的地址。MAC地址主要就是在数据链路层实现相邻结点之间的转发。
（MAC地址也是标识主机位置的，定位和IP是一样的）
都已经存在了一套IP地址，为啥还要搞一套MAC地址呢？

① 其实可以只有一套IP地址，但是介于历史原因都同时存在了（两伙人搞的）。
② 所以最后：网络层转发使用IP地址，数据链路层转发使用MAC地址。
③ 因为MAC地址设计的时候有6个字节，所以到目前位置MAC地址是够用的，可以让每个主机都有独立的MAC地址，而这个地址是网卡出厂的时候就已经写好了的。

正经的网卡在出厂的时候是会被分配一个唯一的MAC地址的；但是也有一些山寨厂商没有相关的资质，生产的网卡的MAC地址可能和别人重复。
但是由于MAC地址只在数据链路层使用，只要相邻区域的设备MAC地址不重复即可。
【在网络上，MAC地址可以作为是主机身份标识的一种方式】

MAC地址通常使用十六进制的方式来表示。
注：目的IP是终点的IP地址，而目的MAC是相邻结点的MAC地址！！

如把数据包从A发送到B（中间经过CD）：
IP：A=>B； MAC：A=>C=>D=>B。
那么当把包发送到C处时，C就要对这个包进行分用和重新分装：
①IP地址（始终不变）：源IP：IPa，目的IP：IPb
②MAC地址（改变【只是针对相邻结点】）：源MAC：MACc，目的MAC：MACd

所以：IP地址始终只是起点、终点； MAC地址在变化，只是相邻结点之间

以太网帧头有一个类型字段：
①类型的取值有：

② 类型0806 ARP、类型8035RARP：特殊的以太网数据帧，不是用来传输数据的，而是用来让相邻结点之间相互认识。
③ MTU：是一个以太网数据帧能够承载的最大值：1500字节

以太网就属于传输过程中的基础设施，其承载能力还是比较小的。如果要想能够运输更多的数据，就需要分多个以太网来传输（这是由IP协议分包来保证的，数据链路层并没有分包、装包操作）。
以太网帧中还有一个CRC:校验和。
UDP中的校验和是通过软件来计算的，而数据链路层中的校验和是交给硬件（网卡）来计算的。（一般，软件是算不过硬件的）

2. 认识MTU（没时间可以跳过）

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。

MTU对IP协议的影响
由于数据链路层MTU的限制，对于较大的IP数据包要进行分包。

将较大的IP包分成多个小包，并给每个小包打上标签；
每个小包IP协议头的 16位标识（id）都是相同的；
每个小包的IP协议头的3位标志字段中，第2位置为0，表示允许分片，第3位来表示结束标记（当前是否是最后一个小包，是的话置为1，否则置为0）；
到达对端时这些小包会按顺序重组，拼装到一起返回给传输层；
一旦这些小包中任意一个小包丢失，接收端的重组就会失败。但是IP层不会负责重新传输数据。

回顾一下UDP协议（MTU对UDP的影响）：

一旦UDP携带的数据超过1472（1500 - 20（IP首部） - 8（UDP首部）），那么就会在网络层分成多个IP数据报。
这多个IP数据报有任意一个丢失，都会引起接收端网络层重组失败。那么这就意味着，如果UDP数据报在网络层被分片（IP分片），整个数据被丢失的概率就大大增加了。

再回顾一下TCP协议（MTU对TCP的影响）：

TCP的一个数据报也不能无限大，还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度，称为MSS（Max Segment Size）；
TCP在建立连接的过程中，通信双方会进行MSS协商。
最理想的情况下，MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度（这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU）。
双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值。
然后双方得知对方的MSS值之后，选择较小的作为最终MSS。
MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中（kind=2）。

理解 MSS和MTU：

3. 认识ARP（没时间就跳过）

虽然我们在这里介绍ARP协议，但是需要强调，ARP不是一个单纯的数据链路层的协议，而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议。
ARP协议的作用：
ARP协议建立了主机 IP地址和 MAC地址的映射关系。

① 在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址；
② 数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃；因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。

ARP协议工作流程：

① 源主机发出ARP请求，询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”，并将这个请求广播到本地网段（以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播）；
② 目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机相符，则发送一个ARP应答数据包给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中；
③ 每台主机都维护一个ARP缓存表，可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间（一般为20分钟），如果20分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址

二、【网络原理小结】（含面试题）

【网络原理】部分终于基本结束啦！

应用层（后面还会介绍HTTP）、传输层（重要UDP、TCP），网络层（IP）和数据链路层进行了简单介绍
重要面试题！【非常高频】
从浏览器输入一个URL到最终展示的页面，大概都会经历哪些事情？
（这其实是一个开放性问题，有很多角度）
站在后端开发的角度：【大纲，详细可以参考网上回答】
1）DNS域名解析
① 在浏览器输入一个网址URL后，首先要进行DNS域名解析

网络上的设备都是通过IP地址作为身份标识的，但是IP地址不好记/不好传播，此时就可以使用一串单词（域名，如http://www.baidu.com）来表示这个IP地址。
但是实质上网络的数据传输还是通过IP地址的，所以就需要把域名解析成IP地址。

所以，DNS系统功能就是把域名自动转换成IP地址。

2）封装
② 转换完成后就得到一个IP地址，浏览器就可以构造出HTTP数据报（后面再详细介绍）
③ HTTP数据报被交给了传输层（也就是是TCP），TCP就根据刚才的地址先建立连接（三次握手），然后再发送刚才的HTTP请求。
④ 请求被发送到网络层（也就是IP协议），IP协议将其封装成IP数据报再交给数据链路层。
⑤ 数据链路层收到IP数据报后将其封装成对应的数据帧，最终通过网卡传输出去。
3）传输：中间会经历一些交换机和路由器
⑥ 交换机 会把数据分用到数据链路层（更上层的就不再解析了），再重新封装，继续转发。
⑦ 路由器 会把数据分用到网络层（更上层就不再进行解析了），重新封装，继续转发。

转发过程涉及到路由表的匹配过程：路由器根据数据报中的目的IP在路由表中匹配，找个合适的方向发出去。（注：每次转发TTL都减1）

4）到达服务器
⑧ 到达目标服务器之后，服务器进行层层分用，一直到HTTP这一层（HTTP具体解析过程后面再说）
⑨ 服务器就会找到你想访问的那个资源，把资源构造成HTTP响应（也就是根据请求计算响应）
5）服务器把响应数据进行重新封装（同以上2）
6）响应数据在中间进行转发，回到浏览器
7）浏览器（客户端）这里再针对数据进行解析【分用】
8）最终解析出一个网页并渲染到浏览器上。