第2章TCPIP协议 网络层arp 网络接口层

22.3.26上课记录笔记。-计算机网络

ARP

地址解析协议 ip地址到MAC地址的解析。

RARP （Reverse ARP）逆地址解析协议 将MAC地址解析为IP地址。

ARP的功能：

1 将IP解析为MAC地址

2 维护ARP缓存表（ip和mac的映射关系）

以太网 技术 主要用于局域网中，其发展可归纳为以下阶段：

1 传统以太网技术 典型标志：传输速率10Mbps

组网技术标准 10base2 10base5 10baseT

Base 基带信号 （2,5 分别表示的早期的使用同轴电缆的以太网络，2表示使用细缆其最大传输为185米，5表示使用粗缆最大传输距离为500米，T表示TP双绞线，后期发展中用TP代替了同轴电缆）

2 快速以太网技术 典型标志：传输速率100Mbps

组网技术标准 100BASET 100BaseF等等F代表fiber光纤

3 高速以太网技术 典型标志：传输速率1000Mbps（1G）或更高

组网技术标准： 1000BaseFX 1000BaseT4 1000baseSX

MAC地址 物理地址 硬件地址 网卡地址

对于地址要求？

如何指定？如何保证唯一性？

1） 网卡的生产厂商在生产网卡时就将MAC地址烧录至芯片中

2） 唯一性？

MAC的地址基本特征：

多用48bit的二进制信息来表示。

MAC地址的指派： 前24bit（OUI）公司统一标识符

后24bit 由公司来统一管理以区分其生产的网卡

ARP协议的工作过程

假设A访问B 当网络层封装完IP包即封装了源IP即A的ip地址，目的IP即B的ip地址

继续传输，需要再数据链路层封装时，就需要A,B的物理地址即，MAC地址来进一步封装

首先 查看A的ARP缓存表，是否有关于B的IP的地址的记录。

如果有，那么直接取出封装！

如果没有，A设备则在其网络内发送ARP请求包，（广播包）

当目的设备收到时，将向A发送ARP响应包（单播），并同时学习目的设备发来的ip和mac地址，并将这个记录在ARP缓存表中。

注意：二层MAC地址类型（思考如何实现二层的广播、组播、单播）

1 广播MAC地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF

2 组播MAC地址 01-00-5E- - -

3 单播MAC地址 确定的某个MAC地址

ARP的工作过程？（一个网段及不同网段？）

主要区别：

一个网段内目的MAC地址封装的是目的设备的MAC地址，不同网段内目的MAC地址封装的是网关的MAC地址。

注意：1 一个网段与不同网段的核心区别是什么？

2 网关及网关的意义？

网络接口层

TCP/IPV4协议栈的网络接口层包含了OSI参考模型的数据链路层和物理层的功能。网络设备的接口（计算机的网卡、路由器的接口）实现数据链路层和物理层的功能。

数据链路层

常见的数据链路层协议有CSMA/CD（应用于以太局域网中）、CSMA/CA（应用于无线局域网中WLAN），PPP、HDLC、帧中继、X.25等（应用于广域网中WAN），这些数据链路层协议都具备三个基本功能，即封装成帧、透明传输和差错检测。

1） 封装成帧

数据链路层的协议数据单元为帧。

帧的普适性格式为：帧头+数据包（packet：来源于网络层ip协议）+帧尾

不同的数据链路层协议帧头和帧尾封装的内容略有不同，但功能类似。（另外，关注的就是前面讲述的关于ip分片与重组，涉及到不同的数据链路层协议其封装的数据荷载长度限制不同，就是我们说的MTU，以太网链路MTU为1500字节）

帧头主要实现的功能：①帧定界（标志帧的开始、结束）

②编址 （源地址、目的地址（对于以太网，使用MAC地址））

帧尾主要实现的功能：差错检测

2） 透明传输

目标：实现传输内容的用户无关性。

背景：不同的数据链路层协议选择的转义字符不同。若传输内容与转义符一致会引发错误。

方法：比如：PPP协议中零比特插入法

（工作原理：为了解决透明传输位流，避免传输的位流中含有“01111110”模式，数据链路层成帧机制采用位填充技术，即“0”）插入技术。“0”位插入技术是指发送方在发送数据过程中对数据位进行扫描并计数，若遇到连续5个“1”位时，自动在其后插入1个“0”位。当接收方收到连续5个“1”位，且后面跟着1个“0”位时，则判断该“0”位为发送方填充的，自动将其删去。）

例如：发送方发送的数据是01111100110 经ppp协议0比特插入法后，实际发送的数据是：011111000110

以太网数据链路层的主要协议csma/cd carrier sense multi access collision detection

带有冲突检测的载波监听多路访问控制技术

作用：在共享环境中解决介质的访问控制问题

1 先听后发 (发送前监听信道，判断信道是否空闲，闲则发送忙则等待)

2 边发边听（以避免同发而后续引发冲突）

3 冲突停止

4延时再发（计算退避时间，等待退避时间后再发送）

Csma/cd主要应用于以太网的共享局域环境中，但是对于全双工状态下则不再采用

对于WLAN无线局域网中，数据链路层采用CSMA/CA carrier sense multi access collision avoidance 带有冲突避免的载波监听多路访问控制技术，来解决无线局域环境中的介质访问控制问题。

3) 差错检测

现实的通信链路都不会是理想的。这就是说，比特在传输过程中可能会产生差错。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检验措施。目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验（Cyclic Redundancy Check，CRC）的差错检验技术。

差错检测在帧尾实现，这个字段叫帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS）。

帧的数据部分和数据链路层首部计算出帧校验序列（FCS）。不同的数据链路层协议帧校验序列的长度和算法也不尽相同。如CRC算法。

CRC校验码的计算方法：

1. 将生成多项式转换为对应的二进制位串，记为G

2. 将待传输的信息位进行r（crc校验码的位数，由生成多项式的最高次幂决定）位的模2乘法运算，其结果就是在原信息位后面加了r个0.记为M

3. 将M除以G，余数即为CRC校验码。（除法过程，取余规则采用异或逻辑操作）

物理层：

物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流；

计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；

数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。

物理层元素：

• 物理介质和相关连接器

• 介质中位的表示

• 数据和控制信息编码

• 网络设备上的发送端和接收端电路

物理层的接口特征

• 机械特性

• 电气特性

• 功能特性

• 规程特性

TCP/IP 网络

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