网络原理-数据链路层

在这一层中和程序员距离比较遥远，除非是做交换机开发，否则不需要了解数据链路层

由AI可知：

数据链路层（Data Link Layer）是OSI（Open Systems Interconnection）七层网络模型中的第二层，它在物理层之上，网络层之下。数据链路层的主要功能是为网络层提供可靠的数据传输服务，即将网络层传来的数据可靠地传输到相邻的节点，同时为物理层提供服务。

数据链路层的主要职责包括：

帧定界和同步：确定数据帧的起始和结束，确保数据的准确传输。
物理寻址：在帧的头部加上硬件地址，即MAC地址，确保数据帧能够正确地发送到相邻节点。
流量控制：防止快速发送方压倒慢速接收方，确保数据链路的稳定性。
差错控制：检测和重传损坏或丢失的帧，确保数据的完整性。
访问控制：在多设备共享同一物理介质的网络中，控制设备对介质的访问。
帧校验序列FCS：通过循环冗余检查（CRC）等技术检测帧在传输过程中是否出现错误。

数据链路层的协议通常包括：

以太网（Ethernet）：最常用的局域网技术之一，定义了数据链路层和物理层的标准。
点对点协议（PPP）：用于点对点连接的数据链路层协议，支持多种网络层协议。
无线局域网（WLAN）：如Wi-Fi，它在数据链路层定义了无线传输的方法。
帧中继（Frame Relay）：一种用于连接计算机系统的面向分组的通信协议。
HDLC（高级数据链路控制）：一种面向比特的同步链路层协议，用于广域网通信。

数据链路层的帧结构通常包括：

帧同步：用于标识帧的开始和结束。
地址字段：包含发送方和接收方的MAC地址。
控制字段：包含用于流量控制和差错控制的信息。
数据字段：承载上层传递下来的数据。
校验序列：用于检测帧在传输过程中的错误。
帧结束标志：标识帧的结束。

数据链路层是网络通信中非常重要的一层，它确保了数据在物理介质上的可靠传输，并且为上层网络层提供了服务。

这一层的协议主要是

以太网协议：以太主要是物理学的概念

以太网，横跨数据链路层和物理层，平时使用的有线网络就属于是以太网，网线，光纤都属于以太网线

其中目的地址和源地址都为6个字节，也就是mac地址和物理地址，mac地址和ip地址，目的都是为了区分网络上的不同设备，最开始的时候，mac地址和IP地址是两伙人，独立各自提出的，mac地址有6个字节，目前来说还是够的，因此每个设备上可以认为是有唯一的mac地址，就像牛顿-莱布尼兹公式，后来这两个地址都保留下来了，但是给这两种地址，分配了不同的角色

物理地址，是在网卡出厂的时候就设置好的，原则上说，每个网卡的物理地址都是不相同的，因此物理地址也可以作为你主机的一种身份标识（绑定主机）

IP地址作用是支持整个传输过程转发，MAC的作用支持两个相邻节点之间的转发

举一个栗子：我在内蒙古我要回河北老家

从IP层面上，要进行路线规划

内蒙古->北京->河北
内蒙古->天津->河北
内蒙古->辽宁->北京->河北

具体执行的时候，需要从一个点到达另一个点，假如我走第一条路内蒙古->北京->河北

内蒙古->北京：

源IP：内蒙古
目的IP：河北
源MAC：内蒙古
目的MAC：北京

北京->河北

源IP：内蒙古
目的IP：河北
源MAC：北京
目的MAC：河北

总结：IP就是长期目标，mac地址就是短期目标

报文格式

PAD：这里的ARP和RARP都不会携带业务上的载荷数据，只是针对转发数据的过程起到辅助效果

IP数据报：分用的时候，发现类型是0x0800的时候，此时就需要把这个数据交给网络层的IP协议了

1500（46-1500）：此处的1500也称为MTU（和硬件结构相关联的），MTU这个东西对于不同的数据链路层协议是不同的，以太网是1500，还存在一些其他的网络，MTU不一定一样的，一个以太网数据帧，最大长度其实就是1500字节，IP协议的拆包组包，其实当IP数据包长度达到了1500字节，就会触发拆包组包了

ARP协议：是为了给每个路由器/交换机，建立一个”转发表“（不是路由表），这个表里就记载了IP地址->mac地址映射，表项只是包含，路由器/交换机周围的邻居设备

刚才所说到的转发数据过程中，先根据目的IP，确定接下来往哪里走，知道下一跳的IP（查路由表），根据下一跳的IP，查转发表，知道IP对应的MAC/端口是哪个，然后再发

这个东西的生成比较简单，该设备在局域网中，通过广播地址，发送ARP数据包，收到的设备，都会返回ARP响应，响应中就会包含每个设备，IP和MAC，设备的转发表就可以保存上述信息了，听起来好像是一个hash表之类的东西，但是实际上，这个表很可能是硬件实现的（不是hash这种在内存中的通件构成的表，而是直接通过硬件设备（转发芯片），通过这样的芯片里的一系列寄存器维护上述数据信息，这样的操作比软件实现要快很多）

DNS（域名解析系统）

IP地址，整数->点分十进制，域名就是一串单词，我们可以使用这一串单词来表示某个/某组IP地址了，sogou.com，baidu.com

上古时期，有一个专门的文件，能维护域名和IP的映射关系，hosts文件，这个文件至今存在，而且还有效，计算机访问各种域名，就会在这里进行查询，曾经很有用，现在不再使用了，之前每个人的电脑上，都会有一个这样的很大的文件，所有网站的域名对应的情况，这里的数据不方便更新，每天都有新的网站出现，也有旧的网站消亡，导致文件需要频繁更新

取而代之的是搭建了DNS服务器，把这样的映射关系，使用DNS服务器来保存，咱们的计算机上就不需要保存hosts了，如果要访问域名，就可以通过访问DNS服务器的方式，查询到对应的IP地址了，越来越多的设备都要上网，都要使用DNS服务器，DNS服务器能撑住吗？

客户端缓存

你的电脑尝试访问某个域名，得到了ip（记住了），下次再访问同一个域名的时候，就不会重新查询DNS服务器。，你每天上的就这么寥寥几个网站，但是这些网站访问此时都是很多的

分布式的方式

全世界各个地方，建设了很多DNS镜像服务器，世界上有很多的电信运营商（国内的联通，电信，移动），他们也会搭建DNS镜像服务器，此时你请求DNS服务器，只需要就近访问你这附近的镜像服务器即可，所有镜像服务器中存储的域名和ip的映射关系都是一样的，全世界一共有11个（13个）根域名服务器，其中大部分都是在美国，如果把某个国家所有的网站的域名从这里给删除，就可能导致整个国家网络瘫痪，IPv的DNS服务器系统和IPv4是相互独立的

引入DNS镜像解决了上述问题，但是引入了新的麻烦：如果某个区域的DNS服务器挂了，可能会对你这一片区域造成影响（网页打不开了）