2.1引言

        在TCP/IP協議族中，鏈路層主要有三個目的：

（1）為IP模組傳送和接收IP資料報。

（2）為ARP模組傳送ARP請求和接收ARP應答。

（3）為RARP傳送RARP請求和接收RARP應答。

        TCP/IP支援多種不同的鏈路層協議，具體取決於網路所使用的硬體，本文討論乙太網鏈路層協議，序列介面鏈路層協議（SLIP和PPP）以及迴環（127.0.0.1）驅動程式。

2.2乙太網和IEEE 802封裝

乙太網(Ethernet)指的是由Xerox公司建立並由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶區域網規範，是當今現有區域網採用的最通用的通訊協議標準。乙太網絡使用CSMA/CD（載波監聽多路訪問

        在TCP/IP世界中，乙太網IP資料報的封裝格式是在RFC 894中定義的，IEEE 802網路的IP資料報格式封裝格式是在RFC 1042中定義的。主機需求RFC要求每臺Internet主機都與一個10M/s的乙太網電纜相連：

（1）必須能傳送和接收 RFC 894（乙太網）封裝格式的分組。

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

（3）也許能夠傳送採用RFC 1042格式的分組。如果主機能同時傳送兩種型別的分組資料，那麼傳送的分組必須是可以設定的，而且預設必須是RFC 894分組。

這裡我們可以看出乙太網的封裝格式還是最普遍被人們接受的。

        兩種幀格式都採用48位（6位元組）的目的地址和源地址，802.3允許16位地址，但一般也是48位。這就是我們通常所說的硬體地址（MAC地址）。接下來的兩個位元組在兩種幀格式中互不相同。802中，長度欄位是指它後續資料的位元組長度，不包括CRC（迴圈冗餘）校驗碼。而乙太網中這兩個位元組是定義了後續資料型別的型別欄位。802中的型別欄位則由後續的SNAP（子網接入協議）的首部給出。幸運的是，802的有效長度指和乙太網的型別值無一相同，這就可以對兩種幀格式進行區分。

上圖為IEEE 802.2/802.3（RFC 1042）與乙太網封裝格式圖

其中：

LLC：邏輯鏈路控制 這是802網路共有的

DSAP：目的服務訪問點 值0xaa

SSAP：源服務訪問點 值0xaa

乙太網和802.3都有幀的最小長度要求。802.3規定資料部分至少38位元組，而乙太網而要求46位元組。如不能滿足，則在不足的空間插入填充（pad）位元組。

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        另外，RFC 893 描述了一種尾部封裝，這種封裝格式已經遭到反對。它的內容是將乙太網資料幀的IP首部與TCP首部移到尾部CRC之前。

2.3 SLIP（序列線路IP）

 SLIP

        SLIP（Serial Line Internet Protocol，序列線路網際協議），主要在Unix遠端訪問伺服器中使用，現今仍然用於連線某些ISP。因為SLIP協議是面向低速序列線路的，可以用於專用線路，也可以用於撥號線路，Modem的傳輸速率在1200bps到19200bps。RFC1055中有詳細描述。

幀格式的規則：

（1）IP資料報以一個被稱作END（0xc0）的特殊字元結束。同時為防止資料到來前的噪聲，通常在開始處也會傳一個END，用來標識資料的起始部分。

（2）若IP報文中某個字元為END，那麼要連續傳輸兩個位元組0xdb，0xdc來代替。（好比，程式語言中要列印特殊含義的字元的時候要加轉義字元）

（3）若IP報文中某個字元為ESC，那麼要連續傳輸兩個位元組0xdb，0xdd來代替。

SLIP的缺陷：

（1）每一端必須知道對方的IP地址，不能把本端的IP地址通知給另一端

（2）資料幀中沒有型別欄位。如果一條序列線路用於SLIP，那麼它不能同時使用其他協議。

（3）SLIP中沒有類似於乙太網的CRC校驗欄位，這樣糾錯能力差。

CSLIP

        傳統的序列線路速率較低，為了傳輸1個位元組的資料需要20個位元組的IP首部和20個位元組的TCP首部。因此，人們提出CSLP（壓縮SLIP），他將前面提到的40個位元組壓縮到3到5個位元組，且能夠在兩端維持多大16個TCP連線，並且知道其中每個連線的首部中的某個欄位一般不會發生變化。對於那些發生變化的欄位，大多數只是一些小的數字和的改變。被壓縮的首部大大縮短了互動響應時間。

2.4 PPP（點對點協議）

        PPP協議修改了SLIP協議中的所有缺陷:

包括三個部分：

（1）在序列鏈路上封裝了IP資料報的方法。PPP既支援資料位8為和無奇偶檢驗的非同步模式，還支援面向位元的同步連結。

（2）建立、配置及測試LCP（資料鏈路的鏈路控制協議）。它允許通訊雙方進行協商，以及確定不同的選項。

（3）針對不同網路層協議的NCP（網路控制協議）體系。當前RFC定義的網路層有IP、OSI網路層、DECnet以及AppleTalk。例如，IP NCP允許雙方商定是否對報文首部進行壓縮，類似於CSLIP

        PPP資料幀的格式看上去很像ISO的HDLC（高層資料鏈路控制）。每一幀都以標誌0x7e開始和結束，緊接著是一個地址位元組，值始終是0xff，然後是一個值為0x03de控制位元組。接下來是協議欄位（類似於乙太網中的型別欄位）：

其值為0x0021時，表示資訊欄位是一個IP資料報

其值為0xc021時，表示資訊欄位是鏈路控制資料

其值為0x8021時，表示資訊欄位是網路控制資料

        標誌位元組值是0x7e，因此如果資訊欄位中出現此字元時，PPP需要對其轉義。同樣特殊字元0x7d也需要進行轉義。

過程如下：

（1）當遇到0x7e時，需連續傳送兩個字元：0x7d和0x5e，以實現標誌字元的轉義。

（2）當遇到0x7d時，需連續傳送兩個字元：0x7d和0x5d，以實現轉義字元的轉義。

（3）預設的，如果字元的值小於0x20，一般都要進行轉義。由ASCLL表可以看出20（16進位制）以內的字元大都是控制字元，所以需要轉義。

         PPP比SLIP只多了額外3個位元組，一個位元組留給協議欄位，另外兩個留個CRC欄位。

總體看，PPP比SLIP有如下優點：

（1） PPP 支援在單根序列線路上執行多種協議，不只是I P 協議

（2） 每一幀都有迴圈冗餘檢驗

（3）  通訊雙方可以進行 I P地址的動態協商(使用I P 網路控制協議)

（4）與C S L I P類似，對T C P和I P 報文首部進行壓縮

（5）  鏈路控制協議可以對多個數據鏈路選項進行設定

為這些優點付出的代價是在每一幀的首部增加 3個位元組。。雖然如今SLIP使用者依然比PPP使用者多，但最終SLIP將會被取代。

2.5迴環介面（127.0.0.1）

        迴環介面，又叫環回介面都是Loopback Interface的翻譯，不過我覺得環回有點拗口。關於這個127.0.0.1基本上學過網路程式設計的人都不會陌生。比如你用java寫一個c/s的程式，要用自己的PC又當Server又當Client。就需要這個迴環地址。同樣java中可以用localhost代替。A類網路號就是為了迴環介面預留的，大多數系統喜歡分配127.0.0.1，所以在你不裝網絡卡的時候用ping命令也是可以通的。.當你把ip資料報傳給這個介面的時候，就不能再任何網路上出現了。

        也許你會覺得，既然是自己給自己傳遞資料。那麼就不必先一層一層向下傳，再一層一層向上傳遞了。但是多數廠品還是會完成傳輸層和網路層的傳遞過程。迴環介面可以看作是網路層下面的另一個鏈路層。與其他鏈路層一樣，只不過他把資料又返回了IP輸入佇列中。

2.6MTU（最大傳遞單元）

        鏈路層對於傳輸的資料是有長度限制的。不同網路有所不同。

        上面的點到點的鏈路層（SLIP和PPP）的MTU並非是值網路媒體的物理特性，只是一個邏輯限制，為了加快互動相應速度。

        如果兩臺主機在同一個網路，那麼該網路的MTU就不用說了，確定了。但是如果兩個主機在兩個不同的網路，進行通訊的時候中間又經過不同的網路，美每個網路都有不同的MTU，那麼該次通訊的MTU是多少呢？答案也很理解，就是其中的最小值。稱為“路徑MTU”。實際上，兩臺主機之間的路徑MTU不是一個常數。這取決於當時所選的路由。比如，從小明到小紅家有好多條路可以走，小明並不一定每一次都走同一條路哦。