TCP/IP协议详解第二弹:链路层初探,来自底层的微笑

书接上文,说是初探,笔者也不准备二探,准备用一弹的篇幅浅谈下链路层相关内容。后续涉及其他内容时,如有必要,再对链路层进行稍稍深入的介绍。

插播条冷知识——空灵狮子鱼


感谢BBC

目前已知深海鱼深度记录(来自海底8178m的微笑,你是要下地啊!)

回到正题,全系列会按照原书结构对网络协议由底层向顶层依次介绍。

先看图,图中可看出,四层协议,如果脱离链路层提供的最基本的硬件实现,那剩下三兄弟就只能是空中楼阁。


图片来自Google

图中与链路层直连的三个箭头,分别表示链路层三个主要目的:(1)为IP模块发送接收数据报;(2)为ARP模块发送接收ARP请求与应答;(3)为RARP模块发送接收RARP请求与应答;它始终兢兢业业地为上层提供可靠地服务。

随手拿起一盒路由器,它内部就封装着“链路层”。接下来笔者对常见链路层进行介绍。

首先,就是以太网,这是极其常见的一种局域网技术。由于这项技术出现早,再配合业界巨头的推动,它很快成为标准。但遗憾的是,IEEE后续亦公布一个稍有不同的标准集(IEEE 802标准集),于是局域网中就需要兼容两种帧格式的封装,见下图。


图片来自Google

笔者一个一个和大家坐在摇椅上慢慢聊……

首先是最简洁那个,即以太网标准,现在大多数局域网的事实标准(之所以它会成为事实标准,是因为懒是人类原罪,大家都不想对“遗产”大动干戈)。上图中三种类型帧格式的实际内容均是以一对48bit(6字节)的地址(目的地址和源地址)开头,它们被称为硬件地址,也就是我们所熟知的MAC地址(上文提及的ARP、RARP提供的就是物理地址与IP地址相互映射的服务)。区别始于后续两个字节,以太网帧格式定义的是类型字段(用于区分上层协议,即IP、ARP、RARP等),紧接着类型字段后,以太网帧格式中很干脆地接续上数据。简洁、高效,但不够全面。

于是,我们把目光拉到第二种帧格式,即802.3 LLC标准。与上段文字相比,第一点不同在于MAC地址后跟随的类型字段变成长度字段(帧信息进一步完善,该长度指后续数据的字节长度,不包括FCS即检验和字段),紧随长度字段的即3字节LLC(Logical Link

Control,逻辑链路控制)字段。此处我们暂停,稍作扩展,解释两个名词LLC和MAC——其实网络链路层于802.3标准下能够被进一步细化为两个子层:

[if !supportLists]1.    [endif]LLC即逻辑链路控制子层,负责识别网络层协议,并对其进行封装与分用,为上层提供处理任何类型MAC层的方法,面向上层负责。LLC包括目的服务访问点(DSAP)、源服务访问点(SSAP)、Ctrl字段。前两者被称为SAP,用于完成以太网中类型字段识别上层协议的工作。Ctrl字段定义数据通信操作类型(值为1——无连接;值为2——面向连接;值为3——无连接应答响应服务。Tips:不继续展开,因已超纲,笔者力有不逮)。

[if !supportLists]2.    [endif]MAC介质访问控制子层(一直说MAC,不知道大家有木有去思考过它是啥?反正笔者以前没想过),负责数据帧的封装、卸载及相应动作,面向底层即物理层负责。

LLC标准貌似已解决所有问题,然而问题总是伴随着问题的解决——替代类型字段作用的SAP太短(短?我招谁惹谁了……),能标识的类型有限,于是第三种帧格式粉墨登场,即802.3

SNAP标准。于全新的帧格式中新增5字节SNAP(实际属于LLC进一步细化的子层)字段,然后在她身后跟着可怜兮兮被冷落许久的数据。SNAP作为LLC的升级扩展,使用SNAP时,我们需要把LLC子层的服务访问点(DSAP)、源服务访问点(SSAP)均设值为0xaa,并且把Ctrl字段设值为3。SNAP中包含俩字段,TYPE字段用于标识更多的上层协议类型,OUI字段代表不同组织(笔者洪兴的,你们搁哪混的?)。

数据帧最后是FCS检验和字段,有关她的算法,笔者会单独开篇。

上图中PR(Preamble,同步位,用于收发双方时钟同步,同时也指明传输速率)、SD(分隔位,表示本人以后才是真实帧数据)字段,大家无需过多纠结(知道太多对你没好处,当然你要一头扎进去笔者也是支持的)。

呃,下大雪,要上班,想一篇完结,很无力,只能分上下篇咯……

下篇预告:串行链路SLIP、回环接口与MTU

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