数据链路层及 MAC 地址

局域网

局域网组网中，以太网是目前唯一的标准。

以太网相关标准

  1. IEEE802：

    IEEE802帧

    • Length：表示 data 数据长度，需满足 <= 1500（0x05DC）。
    • LLC（逻辑链路控制）：属于公有化协议，包含以下部分：
      • D.SAP：目标服务接入点。
      • S.SAP：源服务接入点。
      • Control(0x03)：在逻辑意义上控制链路。
    • SNAP（子网络接入点）：属于私有化协议，包含：
      • OrgCode：厂商标识。
      • Type：标识使用的是哪一个私有化协议。

  2. Ethernet2（以太网二型帧）：

    Ethernet2帧

    • D.MAC(6B)：目的 MAC，记录接收者的 MAC 信息。
    • S.MAC(6B)：源 MAC，记录发送者的 MAC 信息。
    • Type(2B)：类型，用于标识上层公有协议，数值 >= 1536 (0x0600)。例如，ARP = 0x0806 、IPV4 = 0x0800 、IPV6 = 0x086DD。
    • FCS(4B)：帧校验序列，采用 CRC 循环冗余校验进行差错检测。
    • Data(46-1500B)：为上层传过来的数据。

数据传输流程

  1. 发送者：填充源目的 MAC 信息、type（标识上层协议），进行 CRC 检验并将结果填充到 FCS。然后借助物理层，将数据转变成二进制比特流从链路中传递。
  2. 接收者：
    • 检查数据的目的 MAC 地址，若不是本地 MAC 则丢弃；若是，则进行下一步。
    • 对数据进行 CRC 检验，与 FCS 比较，若不同则丢弃；若相同，则进行下一步。
    • 查看 type 字段，将数据交由标识的上层协议进行处理，至此数据链路层工作完成。

相关概念

  1. E2 和 IEEE 802.3 的作用：定义帧头和帧尾的格式。
  2. 分组转发：将数据切割成大小一致的长度，使网络中传递的数据长度大致相同，提升数据转发效率。
  3. MTU（最大传输单元）：是每条链路上的概念。若报文 MTU 值过大，而链路所能承载的 MTU 过小，会导致数据分片或丢弃。

广域网

广域网涉及的协议有 PPP 和 HDLC 等。

MAC 地址（物理地址 / 网卡地址）

  1. 概念：每个设备出厂时，MAC 地址烧录进网卡芯片中，共 48 位。前 24 位代表供应商代码，后 24 位由厂商自行分配。
  2. 分类及通信特点：
    • 单播：点对点、单对单的通信。数据封装时，源 MAC 和目的 MAC 都是单播 MAC 即为单播通信。单播 MAC 地址从高位向低位（从左往右）第 8 位一定为 0，其他位任意。
    • 组播：点对多点、单对多的通信，类似 qq 群聊。组播 MAC 地址从高位向低位第 8 位一定为 1，其他位任意。组播 MAC 仅能充当目的地址，不能作为源地址。设备加组可通过 IGMP（互联网组管理协议）或应用软件实现。
    • 广播：点对所有、单对所有的通信，是强制的接受处理。广播 MAC 地址从高位向低位 48 位全部为 1。广播 MAC 仅能充当目的地址，不能作为源地址。
  3. 不同场景下接收者的动作：
    • 单播数据：
      • 检查目的 MAC，若不是本地 MAC 则丢弃；若是，则进行下一步。
      • 进行 CRC 检验，与 FCS 比对，若不同则丢弃；若相同，则进行下一步。
      • 查看 type 字段，交由标识的上层协议处理，数据链路层工作结束。
    • 组播数据：
      • 检查目的 MAC，若本地未加组则丢弃；若已加组，则进行下一步。
      • 进行 CRC 检验，与 FCS 比对，若不同则丢弃；若相同，则进行下一步。
      • 查看 type 字段，交由标识的上层协议处理，数据链路层工作结束。
    • 广播数据：
      • 检查目的 MAC，若是广播则直接进行下一步。
      • 进行 CRC 检验，与 FCS 比对，若不同则丢弃；若相同，则进行下一步。
      • 查看 type 字段，交由标识的上层协议处理，数据链路层工作结束。