Ch2：鏈路層

一、 概述

本章討論了Internet協議族中的最底層協議，鏈路層協議。我們比較了以太網和IEEE802.2/802.3的封裝格式，以及SLIP和PPP的封裝格式。由於SLIP和PPP經常用於低速的鏈路，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，一般爲127.0.0.1。也可以通過發送IP數據報給主機所擁有的任一IP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IP層完整的處理過程。

二、 鏈路層功能

在TCP/IP協議族中，鏈路層主要有三個目的：

• 爲IP模塊發送和接收IP數據報；
• 爲ARP模塊發送ARP請求和接收ARP應答；
• 爲RARP發送RARP請求和接收RARP應答。

三、 以太網和IEEE 802封裝

圖1. IEEE802.2/802.3和以太網的封裝格式

IEEE802.2標準幀比以太網幀多一個802.2 LLC和802.2 SNAP域。

802.2規定幀數據部分至少爲38字節，而以太網則要求至少爲46字節。

四、 SLIP：串行線路IP

SLIP（Serial Line IP，串行線路IP），它是一種在串行線路上對IP數據報進行封裝的簡單形式。

下面的規則描述了SLIP協議定義的幀格式：

1) IP數據報以一個稱作END（0xc0）的特殊字符結束。大多數實現在數據報的開始處也傳一個END字符。

2) 如果IP報文中某個字符爲END，那麼就要連續傳輸兩個字節0xdb和0xdc來取代它。

3) 如果IP報文中某個字符爲SLIP的ESC字符，那麼就要連續傳輸兩個字節0xdb和0xdd來取代它。

圖2. SLIP報文的封裝

SLIP是一種簡單的幀封裝方法，還有一些值得一提的缺陷：

• 每一端必須知道對方的IP地址。沒有辦法把本端的IP地址通知給另一端。
• 數據幀中沒有類型字段（類似於以太網中的類型字段）。如果一條串行線路用於SLIP，那麼它不能同時使用其他協議。
• SLIP沒有在數據幀中加上檢驗和（類似於以太網中的CRC字段）。

五、 PPP：點對點協議

PPP（Point-to-Point Protocol），點對點協議修改了SLIP協議中的所有缺陷。PPP包括以下三個部分：

1. 在串行鏈路上封裝IP數據報的方法。PPP既支持數據爲8位和無奇偶檢驗的異步模式，還支持面向比特的同步鏈接。
2. 建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協議（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（Network Control Protocol）體系。

PPP協議對數據的具體實現過程如下：

• 當遇到字符0x7e時，需連續傳送兩個字符： 0x7d和0x5e，以實現標誌字符的轉義。
• 當遇到轉義字符0x7d時，需連續傳送兩個字符： 0x7d和0x5d，以實現轉義字符的轉義。
• 默認情況下，如果字符的值小於0x20（比如，一個ASCII控制字符），一般都要進行轉義。

圖3. PPP數據幀的定義

PPP的幀格式與SLIP幀格式相比只增加了3個額外的字節：1個字節留給協議字段，另外2個給CRC字段。

PPP幀封裝卻具有如下方面的優勢：

1. PPP支持在單根串行線路上運行多種協議，不只是IP協議；
2. 每一幀都有循環冗餘檢驗； 
3. 通信雙方可以進行IP地址的動態協商(使用IP網絡控制協議)； 
4. 與CSLIP類似，對TCP和IP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。

六、 環回接口

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TCP/IP進行通信。

其對IP數據報的處理過程如下圖所示。

圖4. 環回接口處理IP數據報的過程

根據上圖，環回接口數據輸入：

1. 傳給環回地址（一般是127.0.0.1）的任何數據均作爲IP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，然後送到以太網上。
3. 任何傳給該主機IP地址的數據均送到環回接口。

七、 MTU

MTU（Maximum Transfer Unit，最大傳輸單元），是指鏈路層對傳輸的數據幀長度的上限限制。

以太網的MTU爲1500，而IEEE802.2/802.3幀的MTU爲1492。

線路MTU爲兩臺通信主機線路中的最小MTU值。

（完）