《TCP/IP详解卷一：协议》数据链路层（一）

引言

在TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的：

为IP模块发送和接收IP数据报。
为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答。
为RARP发送RARP请求和接收RARP应答。

TCP/IP支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件。（以太网、令牌环网、FDDI、RS-232串行线路）。本章将详细讨论以太网链路层协议、两个串行接口链路层协议（SLIP和PPP），以及大多数实现都包含的环回（loopback）驱动程序。

以太网封装和IEEE 802封装

以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10Mb/S的速率运行在多种类型的电缆上。

IEEE（电子电气工程师协会）802委员会公布了一个标准集。其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对令牌环网络。这三者的共同特性由802.2标准来定义，即802网络共用的逻辑链路控制（LLC）。然而，802.2和802.3定义了一个与以太网不同的帧格式。（注意将以太网帧与802帧区分开来）

在TCP/IP世界中，以太网IP数据报的封装在RFC 894中定义。IEEE 802网络的IP数据报封装在RFC 1042中定义。在主机需求RFC中要求每一台Internet主机都与一个10Mb/s的以太电缆连接：

必须能发送和接收采用RFC 894（以太网）封装格式的分组。
应该能接收与RFC 894混合的RFC 1042（IEEE 802）封装格式的分组。
也许能够发送采用RFC 1042格式封装的分组。如果主机能同时发送这两种类型的分组数据，那么发送的分组必须是可以设置的，同时默认情况下必须是RFC 894分组。

其中最常用的封装格式是RFC 894（以太网封装）定义的格式。

两种帧格式都采用48bit(6字节)的目的地址和源地址。这就是在本书中称为的硬件地址。ARP和RARP协议对32bit的IP地址和48bit的硬件地址进行映射（后续介绍）。接下来的2个字节在两种帧格式中互不相同。在802标准定义的帧格式中，长度字段是指它后续数据的字节长度，但不包含CRC检验码。以太网的类型字段定义了后续数据的类型。幸运的是，802定义的有效长度值与以太网的有效类型值无一相同。这样，就可以对两种帧格式进行区分。同时，802标准定义的帧定义中，类型字段由后续的子网接入协议（SNAP， Sub-network Access Protocol）给出。

从上图可知，无论是以太网封装格式，还是IEEE 802 封装格式，在数据链路层中传递的数据类型主要有三种：IP数据报、ARP请求/应答、RARP请求/应答。

在以太网帧格式中，类型字段之后即为数据。而在802帧格式中，跟随在其后的为3字节的802.2LLC和5个字节的SNAP。其中目的服务访问点（ Destination Service Access Point）和源服务访问点（Source Service Access Point）即后面控制字段、orgcode的值都为固定值（如图所示）。CRC字段用于帧内后续字节差错的循环冗余检验（也被称为FCS）（后续介绍）。

802.3标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。802.3规定数据部分长度至少为38字节，而对于以太网帧，则最少要求46字节长度的数据部分。为了保证这一点，可能需要在必要时插入填充字节。（后续介绍）

尾部封装

描述了另一种用于以太网的封装格式，称为尾部封装。它通过调整IP数据报中字段的次序来提高性能。将（IP首部和TCP首部）它们移到尾部（在CRC之前），这样当把数据复制到内核时，就可以把数据帧中的数据部分映射到一个硬件页面，节约内存到内存的复制过程（因为TCP数据报的长度为512字节的整数倍，正好可以用内核中的页表来处理）。但现在尾部封装已经遭到反对。这里仅仅介绍尾部封装而不讨论它。