网络 链路层 | 以太网协议与ARP协议

Posted 2021-06-07 WhiteShirtI

数据链路层是计算机网络的底层，主要负责相邻设备之间的数据帧传输

链路层就是负责每一个相邻结点之间的数据传输，但是相邻设备之间也需要描述识别，主要是因为每一个设备都有可能有多个相邻的设备。这种识别在链路层中是通过MAC地址来实现的

MAC地址：mac地址就是网卡的硬件地址，用于识别相邻的设备，它是一个无符号6字节的整数 uint8_t mac[6]

以太网协议

以太网协议格式

目的地址和源地址：描述识别相邻的设备之间的数据传输
上层协议类型：网络层的协议类型，进行数据分用时选择上层的解析协议
数据：网络层的数据报文
CRC：数据帧尾，包含校验和，校验数据的一致性

如何获取对端的mac地址
一个主机，第一次通过网线连接到路由器上，然后发送DHCP请求，路由器收到之后就会进行响应，给主机分配IP地址，但是此时是不知道对方的mac地址，那我们如何获取呢？

ARP协议

ARP协议：ARP不是一个单纯的数据链路层的协议, 而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议。主要功能是通过IP地址获取mac地址

ARP协议格式：

以太网目的地址和以太网源地址：描述识别相邻的设备之间的数据传输
上层协议类型：网络层的协议类型，进行数据分用时选择上层的解析协议
硬件类型：链路层网络类型，1为以太网
协议类型：要转换的地址类型,0x0800为IP地址
硬件地址长度：对于以太网地址为6字节
协议地址长度：对于和IP地址为4字节
op字段：1表示ARP请求,op字段为2表示ARP应答

arp协议如何通过IP地址获取MAC地址
封装arp请求，然后将arp请求广播到整个局域网(私网)中，（以太网头中设置的对端mac地址为FFFFFFFFFFFF，在arp请求中描述自己的mac地址和ip地址，以及对端的IP地址和对端的mac地址空白），相邻设备收到arp请求之后，检测目的IP地址是否与自己相符，若相符则组织arp响应，填充自己的mac地址回复过去，若不符合则直接丢弃。

主机获取相邻设备mac地址之后，会缓存一段时间（默认为20 ~30分钟）

arp局域网欺骗攻击：恶意主机收到arp广播请求，伪装自己，告诉主机自己就是目标主机，将自己的mac地址发送过去。解决方案：防火墙白名单，直接列出受信任的相邻主机，如果发送过来的mac地址不在白名单上，则直接丢弃

MTU

MTU：MTU为最大传输单元，是链路层限制的数据帧大小（根据组网方式不同，默认数值也不同，以太网默认为1500B）

mtu对上层协议应用的影响

tcp协议：tcp在传输层进行三次握手时，进行MSS协商，也就是最大数据段大小协商，告诉对方自己的mss是多少，然后通信时取较小的一方作为最大传输数据段大小，每次从缓冲区中取出不大于mss大小数据进行传输。因此通常也说tco在传输层会自动进行数据分段。MSS = MTU - 最小IP报头长度 - 最小TCP报头长度；

udp协议：因为udp不考虑mss，只要数据段大小小于64k-28，就可以进行传输，但是这个数据大小若是大于mtu，则会在网络层进行数据分片
udp不保证数据可靠传输，一个udp报文若在网络层进行了分片，则传输过程中，一个分片出问题，整个udp报文都会被丢弃；也就意味着udp传输过程中，分片越多，在传输过程中出现问题的几率就越大
解决方案：程序员在应用层使用udp协议时最好考虑mss问题，将udp数据段按照计算的mss进行分包处理