第二章  鏈路層

在TCP/IP協(xié)議族中，鏈路層主要有三個(gè)目的：（1）為IP模塊發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報(bào)；（2）為ARP模塊發(fā)送ARP請(qǐng)求和接收ARP應(yīng)答；（3）為RARP發(fā)送RARP請(qǐng)求和接收RARP應(yīng)答。TCP/IP支持多種不同的鏈路層協(xié)議，這取決于網(wǎng)絡(luò)所使用的硬件，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）及RS-232串行線路等。

以太網(wǎng)和IEEE 802封裝

    以太網(wǎng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)一般是指數(shù)字設(shè)備公司（ Digital Equipment Corp.）、英特爾公司和Xerox公司在1982年聯(lián)合公布的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它是當(dāng)今TCP/IP采用的主要的局域網(wǎng)技術(shù)。它采用一種稱(chēng)作CSMA/CD的媒體接入方法，其意思是帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路接入（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率為10 Mb/s，地址為48 bit。

IEEE（電子電氣工程師協(xié)會(huì)）802委員會(huì)公布了一個(gè)稍有不同的標(biāo)準(zhǔn)集，其中802.3針對(duì)整個(gè)CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)，802.4針對(duì)令牌總線網(wǎng)絡(luò)，802.5針對(duì)令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。這三者的共同特性由802.2標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義，那就是802網(wǎng)絡(luò)共有的邏輯鏈路控制（LLC）。

在TCP/IP世界中，以太網(wǎng)IP數(shù)據(jù)報(bào)的封裝是在RFC 894[Hornig 1984]中定義的，IEEE 802網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝是在RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定義的。主機(jī)需求RFC要求每臺(tái)Internet主機(jī)都與一個(gè)10 Mb/s的以太網(wǎng)電纜相連接：

1) 必須能發(fā)送和接收采用RFC 894（以太網(wǎng)）封裝格式的分組。

2) 應(yīng)該能接收與RFC 894混合的RFC 1042（IEEE 802）封裝格式的分組。

3) 也許能夠發(fā)送采用RFC 1042格式封裝的分組。如果主機(jī)能同時(shí)發(fā)送兩種類(lèi)型的分組數(shù)

據(jù)，那么發(fā)送的分組必須是可以設(shè)置的，而且默認(rèn)條件下必須是RFC 894分組。

SLIP：串行線路IP

SLIP的全稱(chēng)是Serial Line IP。它是一種在串行線路上對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行封裝的簡(jiǎn)單形式，在RFC 1055[Romkey 1988]中有詳細(xì)描述。SLIP適用于家庭中每臺(tái)計(jì)算機(jī)幾乎都有的RS-232串行端口和高速調(diào)制解調(diào)器接入Internet。

壓縮的SLIP

由于串行線路的速率通常較低（ 19200 b/s或更低），而且通信經(jīng)常是交互式的（如Telnet和Rlogin，二者都使用TCP），因此在SLIP線路上有許多小的TCP分組進(jìn)行交換。為了傳送1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)需要20個(gè)字節(jié)的IP首部和20個(gè)字節(jié)的TCP首部，總數(shù)超過(guò)40個(gè)字節(jié), 于是人們提出一個(gè)被稱(chēng)作CSLIP（即壓縮SLIP）的新協(xié)議，它在RFC 1144[Jacobson 1990a]中被詳細(xì)描述。CSLIP一般能把上面的40個(gè)字節(jié)壓縮到3或5個(gè)字節(jié)。

PPP：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議

PPP，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議修改了SLIP協(xié)議中的所有缺陷。PPP包括以下三個(gè)部分：

1) 在串行鏈路上封裝IP數(shù)據(jù)報(bào)的方法。PPP既支持?jǐn)?shù)據(jù)為8位和無(wú)奇偶檢驗(yàn)的異步模式（如大多數(shù)計(jì)算機(jī)上都普遍存在的串行接口），還支持面向比特的同步鏈接。

2) 建立、配置及測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議（ LCP：Link Control Protocol）。它允許通信雙方進(jìn)行協(xié)商，以確定不同的選項(xiàng)。

3) 針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP：Network Control Protocol）體系。當(dāng)前RFC定義的網(wǎng)絡(luò)層有IP、OSI網(wǎng)絡(luò)層、DECnet以及Apple Talk。例如，IP NCP允許雙方商定是否對(duì)報(bào)文首部進(jìn)行壓縮，類(lèi)似于CSLIP（縮寫(xiě)詞NCP也可用在TCP的前面）。

RFC 1548[Simpson 1993]描述了報(bào)文封裝的方法和鏈路控制協(xié)議。RFC 1332[McGregor

1 9 9 2 ]描述了針對(duì)IP的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。

環(huán)回接口

大多數(shù)的產(chǎn)品都支持環(huán)回接口（ Loopback Interface），以允許運(yùn)行在同一臺(tái)主機(jī)上的客戶(hù)程序和服務(wù)器程序通過(guò)TCP/IP進(jìn)行通信。A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)號(hào)127就是為環(huán)回接口預(yù)留的。根據(jù)慣例，大多數(shù)系統(tǒng)把IP地址127.0.0.1分配給這個(gè)接口，并命名為localhost。一個(gè)傳給環(huán)回接口的IP數(shù)據(jù)報(bào)不能在任何網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)。但是大多數(shù)的產(chǎn)品還是照樣完成傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的所有過(guò)程，只是當(dāng)IP數(shù)據(jù)報(bào)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)層時(shí)把它返回給自己。

最大傳輸單元MTU

以太網(wǎng)和802.3對(duì)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度都有一個(gè)限制，其最大值分別是1500和1492字節(jié)。鏈路層的這個(gè)特性稱(chēng)作MTU，最大傳輸單元。不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)都有一個(gè)上限。如果IP層有一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)要傳，而且數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度比鏈路層的MTU還大，那么IP層就需要進(jìn)行分片（ fragmentation），把數(shù)據(jù)報(bào)分成若干片，這樣每一片都小于MTU。

路徑MTU

當(dāng)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的兩臺(tái)主機(jī)互相進(jìn)行通信時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)的MTU是非常重要的。但是如果兩臺(tái)主機(jī)之間的通信要通過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，那么每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路層就可能有不同的MTU。重要的不是兩臺(tái)主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的MTU的值，而是兩臺(tái)通信主機(jī)路徑中的最小MTU。它被稱(chēng)作路徑MTU。

兩臺(tái)主機(jī)之間的路徑MTU不一定是個(gè)常數(shù)。它取決于當(dāng)時(shí)所選擇的路由。而選路不一定是對(duì)稱(chēng)的（從A到B的路由可能與從B到A的路由不同），因此路徑MTU在兩個(gè)方向上不一定是一致的。