說明：本文為《TCP/IP詳解，卷1：協議》的第二章“鏈路層”的學習筆記。

一．             引言

1． 鏈路層的目的

1） 為I P模塊發送和接收I P數據報；

2） 為A R P模塊發送A R P請求和接收A R P應答；

3） 為R A R P發送R A R P請求和接收R A R P應答。

2． 本章學習內容

 將詳細討論以太網鏈路層協議，兩個串行接口鏈路層協議（ S L I P和P P P），

以及大多數實現都包含的環回（ l o o p b a c k）驅動程序。

二．             以太網和IEEE 802封裝

1． 以太網術語解釋

 以太網這個術語一般是指數字設備公司（ Digital Equipment Corp.）、英特爾公司（ I n t e lC o r p .）和X e r o x公司在1 9 8 2年聯合公布的一個標準。它是當今T C P / I P采用的主要的局域網技術。它采用一種稱作C S M A / C D的媒體接入方法，其意思是帶沖突檢測的載波偵聽多路接入（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率為10 Mb/s，地址為48 bit。

 在T C P / I P世界中，以太網I P數據報的封裝是在RFC 894[Hornig 1984]中定義的，IEEE 802網絡的I P數據報封裝是在RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定義的。

2． 封裝格式

1） IEEE 802.2/802.3封裝

2） 以太網封裝

以太網封裝是最常見的封裝格式。

三．             尾部封裝

 它是一個早期B S D系統在DEC VA X機上運行時的試驗格式，它通過調整I P數據報中字段的次序來提高性能。在以太網數據幀中，開始的那部分是變長的字段（I P首部和T C P首部）。把它們移到尾部（在C R C之前），這樣當把數據復制到內核時，就可以把數據幀中的數據部分映射到一個硬件頁面，節省內存到內存的復制過程。

 尾部封裝已遭到反對。

四．             SLIP：串行線路IP

 全稱：Serial Line IP。它是一種簡單的幀封裝方法。它是一種在串行線路上對I P數據報進行封裝的簡單形式，在RFC 1055[Romkey 1988]中有詳細描述。S L I P適用于家庭中每臺計算機幾乎都有的R S - 2 3 2串行端口和高速調制解調器接入I n t e r n e t。

S L I P協議定義的幀格式如下：

1．IP數據報以一個稱作E N D（0 x c 0）的特殊字符結束。同時，為了防止數據報到來之前的線路噪聲被當成數據報內容，大多數實現在數據報的開始處也傳一個E N D字符（如果有線路噪聲，那么E N D字符將結束這份錯誤的報文）。

2．如果I P報文中某個字符為E N D，那么就要連續傳輸兩個字節0 x d b和0 x d c來取代它。

0 x d b這個特殊字符被稱作S L I P的E S C字符。

3．如果I P報文中某個字符為S L I P的E S C字符，那么就要連續傳輸兩個字節0 x d b和0 x d d來取代它。

SLIP的缺陷如下：

1． 每一端必須知道對方的I P地址。沒有辦法把本端的I P地址通知給另一端。

2． 數據幀中沒有類型字段（類似于以太網中的類型字段）。如果一條串行線路用于S L I P，

那么它不能同時使用其他協議。

 3． S L I P沒有在數據幀中加上檢驗和（類似于以太網中的C R C字段）。如果S L I P傳輸的報文被線路噪聲影響而發生錯誤，只能通過上層協議來發現（另一種方法是，新型的調制解調器可以檢測并糾正錯誤報文）。

五．             壓縮的SLIP

 C S L I P（即壓縮S L I P）在RFC 1144[Jacobson 1990a]中被詳細描述。它能在C S L I P的每一端維持多達1 6個T C P連接，并且知道其中每個連接的首部中的某些字段一般不會發生變化。對于那些發生變化的字段，大多數只是一些小的數字和的改變。這些被壓縮的首部大大地縮短了交互響應時間。

六．             PPP：點到點協議

點對點協議修改了S L I P協議中的所有缺陷。P P P包括以下三個部分：

1．在串行鏈路上封裝I P數據報的方法。P P P既支持數據為8位和無奇偶檢驗的異步模式

（如大多數計算機上都普遍存在的串行接口），還支持面向比特的同步鏈；

2．建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協議（ L C P：Link Control Protocol）。它允許通

信雙方進行協商，以確定不同的選項。

3．針對不同網絡層協議的網絡控制協議（ N C P：Network Control Protocol）體系。

 PPP數據楨的格式如下圖：

與S L I P類似，由于P P P經常用于低速的串行鏈路，因此減少每一幀的字節數可以降低應用程序的交互時延。

總的來說， P P P比S L I P具有下面這些優點：

1)  PPP支持在單根串行線路上運行多種協議，不只是I P協議；

2)  每一幀都有循環冗余檢驗；

3)  通信雙方可以進行I P地址的動態協商(使用I P網絡控制協議；

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置。

七．             環回接口

大多數的產品都支持環回接口（ Loopback Interface），以允許運行在同一臺主機上的客戶

程序和服務器程序通過T C P / I P進行通信。A類網絡號1 2 7就是為環回接口預留的。根據慣例，大多數系統把I P地址1 2 7 . 0 . 0 . 1分配給這個接口，并命名為l o c a l h o s t。一個傳給環回接口的I P數據報不能在任何網絡上出現。

 需要注意的幾點：

 1. 傳給環回地址（一般是1 2 7 . 0 . 0 . 1）的任何數據均作為I P輸入；

 2. 傳給廣播地址或多播地址的數據報復制一份傳給環回接口，然后送到以太網上；

 3. 任何傳給該主機I P地址的數據均送到環回接口。

八．             最大傳輸單元MTU

 以太網和8 0 2 . 3對數據幀的長度都有一個限制，其最大值分別是1 5 0 0和1 4 9 2字節。鏈路層的這個特性稱作M T U，最大傳輸單元。

 如果I P層有一個數據報要傳，而且數據的長度比鏈路層的M T U還大，那么I P層就需要進行分片（ f r a g m e n t a t i o n），

九．             路徑MTU

當在同一個網絡上的兩臺主機互相進行通信時, 兩臺通信主機路徑中的最小M T U。被稱作路徑M T U。

 兩臺主機之間的路徑M T U不一定是個常數。它取決于當時所選擇的路由。而選路不一定

是對稱的（從A到B的路由可能與從B到A的路由不同），因此路徑M T U在兩個方向上不一定是一致的。

十．             串行電路吞土量計算

 關于人的有關研究表明，交互響應時間超過1 0 0～200 ms就被認為是不好的。

十一.  小結

本章討論了I n t e r n e t協議族中的最底層協議，鏈路層協議。我們比較了以太網和I E E E

8 0 2 . 2 / 8 0 2 . 3的封裝格式，以及S L I P和P P P的封裝格式。由于S L I P和P P P經常用于低速的鏈路，二者都提供了壓縮不常變化的公共字段的方法。這使交互性能得到提高。

大多數的實現都提供環回接口。訪問這個接口可以通過特殊的環回地址，一般為1 2 7 . 0 . 0 . 1。也可以通過發送I P數據報給主機所擁有的任一I P地址。當環回數據回到上層的協議

棧中時，它已經過傳輸層和I P層完整的處理過程。

我們描述了很多鏈路都具有的一個重要特性， M T U，相關的一個概念是路徑M T U。根據典型的串行線路M T U，對S L I P和C S L I P鏈路的傳輸時延進行了計算。