说明：本文为《TCP/IP详解，卷1：协议》的第二章“链路层”的学习笔记。

一．             引言

1． 链路层的目的

1） 为I P模块发送和接收I P数据报；

2） 为A R P模块发送A R P请求和接收A R P应答；

3） 为R A R P发送R A R P请求和接收R A R P应答。

2． 本章学习内容

 将详细讨论以太网链路层协议，两个串行接口链路层协议（ S L I P和P P P），

以及大多数实现都包含的环回（ l o o p b a c k）驱动程序。

二．             以太网和IEEE 802封装

1． 以太网术语解释

 以太网这个术语一般是指数字设备公司（ Digital Equipment Corp.）、英特尔公司（ I n t e lC o r p .）和X e r o x公司在1 9 8 2年联合公布的一个标准。它是当今T C P / I P采用的主要的局域网技术。它采用一种称作C S M A / C D的媒体接入方法，其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率为10 Mb/s，地址为48 bit。

 在T C P / I P世界中，以太网I P数据报的封装是在RFC 894[Hornig 1984]中定义的，IEEE 802网络的I P数据报封装是在RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定义的。

2． 封装格式

1） IEEE 802.2/802.3封装

2） 以太网封装

以太网封装是最常见的封装格式。

三．             尾部封装

 它是一个早期B S D系统在DEC VA X机上运行时的试验格式，它通过调整I P数据报中字段的次序来提高性能。在以太网数据帧中，开始的那部分是变长的字段（I P首部和T C P首部）。把它们移到尾部（在C R C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，节省内存到内存的复制过程。

 尾部封装已遭到反对。

四．             SLIP：串行线路IP

 全称：Serial Line IP。它是一种简单的帧封装方法。它是一种在串行线路上对I P数据报进行封装的简单形式，在RFC 1055[Romkey 1988]中有详细描述。S L I P适用于家庭中每台计算机几乎都有的R S - 2 3 2串行端口和高速调制解调器接入I n t e r n e t。

S L I P协议定义的帧格式如下：

1．IP数据报以一个称作E N D（0 x c 0）的特殊字符结束。同时，为了防止数据报到来之前的线路噪声被当成数据报内容，大多数实现在数据报的开始处也传一个E N D字符（如果有线路噪声，那么E N D字符将结束这份错误的报文）。

2．如果I P报文中某个字符为E N D，那么就要连续传输两个字节0 x d b和0 x d c来取代它。

0 x d b这个特殊字符被称作S L I P的E S C字符。

3．如果I P报文中某个字符为S L I P的E S C字符，那么就要连续传输两个字节0 x d b和0 x d d来取代它。

SLIP的缺陷如下：

1． 每一端必须知道对方的I P地址。没有办法把本端的I P地址通知给另一端。

2． 数据帧中没有类型字段（类似于以太网中的类型字段）。如果一条串行线路用于S L I P，

那么它不能同时使用其他协议。

 3． S L I P没有在数据帧中加上检验和（类似于以太网中的C R C字段）。如果S L I P传输的报文被线路噪声影响而发生错误，只能通过上层协议来发现（另一种方法是，新型的调制解调器可以检测并纠正错误报文）。

五．             压缩的SLIP

 C S L I P（即压缩S L I P）在RFC 1144[Jacobson 1990a]中被详细描述。它能在C S L I P的每一端维持多达1 6个T C P连接，并且知道其中每个连接的首部中的某些字段一般不会发生变化。对于那些发生变化的字段，大多数只是一些小的数字和的改变。这些被压缩的首部大大地缩短了交互响应时间。

六．             PPP：点到点协议

点对点协议修改了S L I P协议中的所有缺陷。P P P包括以下三个部分：

1．在串行链路上封装I P数据报的方法。P P P既支持数据为8位和无奇偶检验的异步模式

（如大多数计算机上都普遍存在的串行接口），还支持面向比特的同步链；

2．建立、配置及测试数据链路的链路控制协议（ L C P：Link Control Protocol）。它允许通

信双方进行协商，以确定不同的选项。

3．针对不同网络层协议的网络控制协议（ N C P：Network Control Protocol）体系。

 PPP数据桢的格式如下图：

与S L I P类似，由于P P P经常用于低速的串行链路，因此减少每一帧的字节数可以降低应用程序的交互时延。

总的来说， P P P比S L I P具有下面这些优点：

1)  PPP支持在单根串行线路上运行多种协议，不只是I P协议；

2)  每一帧都有循环冗余检验；

3)  通信双方可以进行I P地址的动态协商(使用I P网络控制协议；

4)  与C S L I P类似，对T C P和I P报文首部进行压缩；

5)  链路控制协议可以对多个数据链路选项进行设置。

七．             环回接口

大多数的产品都支持环回接口（ Loopback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户

程序和服务器程序通过T C P / I P进行通信。A类网络号1 2 7就是为环回接口预留的。根据惯例，大多数系统把I P地址1 2 7 . 0 . 0 . 1分配给这个接口，并命名为l o c a l h o s t。一个传给环回接口的I P数据报不能在任何网络上出现。

 需要注意的几点：

 1. 传给环回地址（一般是1 2 7 . 0 . 0 . 1）的任何数据均作为I P输入；

 2. 传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上；

 3. 任何传给该主机I P地址的数据均送到环回接口。

八．             最大传输单元MTU

 以太网和8 0 2 . 3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1 5 0 0和1 4 9 2字节。链路层的这个特性称作M T U，最大传输单元。

 如果I P层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的M T U还大，那么I P层就需要进行分片（ f r a g m e n t a t i o n），

九．             路径MTU

当在同一个网络上的两台主机互相进行通信时, 两台通信主机路径中的最小M T U。被称作路径M T U。

 两台主机之间的路径M T U不一定是个常数。它取决于当时所选择的路由。而选路不一定

是对称的（从A到B的路由可能与从B到A的路由不同），因此路径M T U在两个方向上不一定是一致的。

十．             串行电路吞土量计算

 关于人的有关研究表明，交互响应时间超过1 0 0～200 ms就被认为是不好的。

十一.  小结

本章讨论了I n t e r n e t协议族中的最底层协议，链路层协议。我们比较了以太网和I E E E

8 0 2 . 2 / 8 0 2 . 3的封装格式，以及S L I P和P P P的封装格式。由于S L I P和P P P经常用于低速的链路，二者都提供了压缩不常变化的公共字段的方法。这使交互性能得到提高。

大多数的实现都提供环回接口。访问这个接口可以通过特殊的环回地址，一般为1 2 7 . 0 . 0 . 1。也可以通过发送I P数据报给主机所拥有的任一I P地址。当环回数据回到上层的协议

栈中时，它已经过传输层和I P层完整的处理过程。

我们描述了很多链路都具有的一个重要特性， M T U，相关的一个概念是路径M T U。根据典型的串行线路M T U，对S L I P和C S L I P链路的传输时延进行了计算。