Linux网络基础-5

在上一篇博客中我们对网络层的典型协议--IP进行了介绍，那么本篇博客作为网络方面的最后一片博客，我们对网络中最后内容--链路层协议进行讲解。

目录

1.链路层协议

1.1MAC地址

1.1.1类型

1.1.2作用

1.2以太网协议

1.2.1协议格式

1.2.2ARP协议

1.2.3获取指定硬件地址

1.2.4MTU

1.链路层协议

链路层是负责相邻设备之间的数据传输，在网络层中的IP地址描述的是数据从一台主机到另一台主机，是数据收发的起点和终点。但是在数据传输过程中并不是由起点直接传达到终点，这中间过程中需要经历层层转发才可以，链路层便是为这一部分内容服务的。

1.1MAC地址

MAC地址是网卡的物理硬件地址，是网卡出山时所设定的固定地址。它是为上述转发过程中所经过的中间设备进行标识，通过MAC地址，我们可以很好的清楚数据传输过程所经过的中间转发设备。

1.1.1类型

MAC地址的数据类型是：uint8_t mac[6]，是一个无符号的48位数字。

1.1.2作用

MAC地址的作用也正是设计它的初衷，即作为相邻设备之间的标识。

1.2以太网协议

1.2.1协议格式

其中，6字节对端&6字节源端MAC地址：用于描述通信相邻的两个硬件设备；2字节协议类型：所封装的报文data所使用的协议类型；4字节位校验和：进行差错校验。

1.2.2ARP协议

ARP协议是介于链路层和网络层之间的协议，既包含了MAC地址也包含了IP地址。

笔者引用《TCP-IP详解》一书中的结构说明，在上图中进行展示。

其中，2字节硬件类型：描述链路层网络协议--以太网；2字节协议类型：要进行地址转换的地址类型；1字节硬件地址长度：存储硬件地址长度；1字节协议地址长度：存储转换使用的协议地址长度； 2字节op：1--标识ARP请求，2--标识ARP应答。

6字节源端MAC地址，4字节源端IP地址，6字节对端MAC地址，4字节对端IP地址。

1.2.3获取指定硬件地址

1. 当前主机封装一个ARP请求，在请求中填充源端MAC地址和IP地址，并将以太网帧中头中的目标MAC地址填充为：0XFFFFFFFFFFFF -- 广播地址；
2. 将ARP请求广播给所有相邻设备；
3. 收到ARP请求的主机，对数据帧进行解析，如果目标IP地址匹配则填充自己的MAC地址和IP地址进行相应，如果不匹配则直接丢弃；
4. 当前主机收到相应之后，便知道了指定设备的MAC地址；
5. 当前主机将MAC-IP映射关系缓存起来，并保存一段时间（非永久）。

了解完如何过去指定硬件地址的操作内容之后，我们可以来简单讲解一种网络攻击--ARP欺骗攻击，也叫做局域网攻击。

它的攻击方式便是：恶意主机伪造IP地址不断的给网关设备发送ARP响应，告知网关自己是子网中的某个主机；与此同时，该恶意主机还会给子网中的其他主机不断发送ARP响应，告知其他主机自己是网关设备。

于是这两种角色的设备会被不断得到的ARP响应覆盖掉自己原有的ARP映射表，普通主机认为恶意主机是网关设备，将数据发送给恶意主机；网关设备认为恶意主机是指定设备，将响应发送给恶意主机。这样，该恶意主机便达成了网络攻击的目的--窃取数据。

1.2.4MTU

以太网中的链路层对数据帧长度存在一个限制，其最大值的默认值是1500字节，链路层将这个特性称作MTU，即最大传输单元。

顺便罗列出几种常见的最大传输单元（MTU）：

接下来我们来看一看MTU的存在对传输层协议的影响：

对于TCP协议，我们在三次握手建立连接阶段便会协商MSS（根据MTU计算得到的传输最大数据），然后在后续的数据传输过程中，每次从缓冲区中取出合适大小的数据进行头部封装后传输。TCP在传输层会自动将数据进行分段，因此不会在网络层出现数据分片。

对于UDP协议，并不存在协商MSS（无连接），只要传输的数据大小最大小于64k-8就可以传输，但是有可能会因为网络层传输中，因为数据大小大于MTU而导致数据分片。但是，数据分片之后的重组是有可能失败的（分片越多，越容易失败），重组失败便会导致数据重传，传输效率低下。因此，我们在使用UDP进行数据传输过程中，可以在应用层的程序中设计MSS，即在传输时便将数据分割完成，尽量减少数据在网络层的分片。