数据链路层 和 ARP协议
以太网
以太网不是网络，而是技术标准，规定了数据链路层和物理层的内容，比如数据链路层的协议格式，再比如物理层数据信号以双绞线传输
以太网帧格式
以太网数据链路层报文又称为以太网帧，也叫mac帧，mac帧有帧头和帧尾
1、源地址、目的地址：源主机网卡mac地址和目的主机网卡mac地址
2、类型：mac帧类型，有三种,分别是 IP（0x0800）、ARP（0x0806）、RARP（0x8035）;
3、CRC：CRC校验码处于帧末尾
4、mac帧的有效载荷长度限制为46字节~1500字节
mac地址
1、mac地址是网卡的物理地址，在网卡出厂时就确定了
2、mac地址是6个字节，一般用16进制加冒号来表示（例如：08:00:27:03:fb:19)
3、ip地址描述的是通信路途的起点和终点，mac地址描述的是通信路途中一个网段的起点和终点
MTU
mtu是数据链路层对有效载荷的最大长度限制，对于ip类型mac帧，那就是交给数据链路层的ip报文长度不能大于1500
1、以太网帧中的有效载荷长度规定最小 46 字节,最大 1500 字节,ARP 数据包的长度是28字节，不 够 46 字节,要在后面补填充18位
2、不同的数据链路层标准的 MTU 是不同的
3、可以通过ifconfig查看网卡接口的mtu值
mtu对ip层的影响
由于数据链路层限制有效载荷长度，所以ip报文最大长度就是1500字节，如果IP报文长度大于该值，那IP层就要对原始ip报文分片，然后将分片ip报文交给数据链路层
分片步骤：
1、将原始IP报文的有效载荷按（mtu-IP报头长度）进行分片，然后每一片有效载荷都封装上ip报头，设置其首部校验和、唯一标识、标志、片偏移等
2、按片偏移顺序交给数据链路层然后封装mac帧发送
一个3000字节的IP报文，IP报头20字节，tcp报头20字节，将2980的ip报文有效载荷按（mtu-IP报头长度）=1480 进行分片，那于是分片大小为1480，1480，20，然后每个有效载荷都加上IP报头，那就是1500，1500，40 长度的分片ip报文，然后按片偏移顺序交给数据链路层封装mac帧报头最后发出就是了
最终正确的分片：
1500字节：20头 + 1480数据 (MF=1, 偏移=0)
1500字节：20头 + 1480数据 (MF=1, 偏移=185)
40字节：20头 + 20数据 (MF=0, 偏移=370)
mtu对传输层协议的影响
对udp协议：
一旦udp报文大小超过（mtu-ip报头长度）=1480，那就在IP层要进行分片，倘若接收端收到的分片不齐，那就要将分片链表丢弃，因为udp没有可靠传输的超时重传和确认应答机制，所以也不会自动重发，必须依靠程序员在应用层做好重传工作
tcp协议：
如果分片的话，一旦一个分片ip报文丢失，那整个分片链表都要丢弃，那其他的报文就白传输了，所以tcp协议采取mss来限制tcp报文的有效载荷长度，这样封装的IP报文就无需分片，即使出现丢包，也只需重传丢的包即可。
MSS是tcp报文的有效载荷最大值，如果超过该值，那ip报文就要分片，其关系是mss = mtu - ip报头长度 - tcp报头长度。tcp进行三次握手建立连接过程中，双方会在SYN包的选项中携带自己的MSS大小了，最后双方会选择较小的一个作为最终的MSS
MTU和MSS的关系
ARP协议
ARP协议是一个介于网络层和数据链路层之间的协议，用于已知下一跳ip的情况下获取其mac地址，RARP是反向ARP，也就是已知mac地址获取ip地址
arp协议的结构
arp协议是基于数据链路层协议工作的，arp报文共28字节，arp类型的mac帧，前有mac头，后有mac尾
1、2字节硬件类型：数据链路层协议类型，如以太网协议，用1表示
2、2字节协议类型：网络层协议类型，如IPV4用0x0800表示
3、1字节硬件地址长度：数据链路层协议地址长度，以太网协议mac地址那就是6字节，直接就是6
4、1字节协议地址长度：网络层协议地址长度，如IPV4地址长度就是4字节，直接就是4
5、2字节op操作类型：1表示arp请求，2表示arp应答
6、剩下的没什么好说，唯一要说的就是利用arp类型mac帧获取下一跳ip的mac地址的过程：
数据链路层是先查arp缓存，没有查到下一跳ip的mac地址，那就需要构建arp类型的mac帧，arp报文从头到尾，硬件类型也就是数据链路层协议类型，填个1，协议类型也就是网络层协议类型，填个0x0800，硬件地址长度就是mac地址长度，填个6，协议地址长度就是IPV4地址长度，填个4，op操作类型是arp请求，填个1，源mac地址就是发送端网卡mac地址，目的mac地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff广播mac地址,源ip地址就是发送端网卡ip，目的ip就是下一跳ip，然后这是arp报文，然后封装mac帧，源mac地址是发送端网卡mac地址，目的mac地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff广播mac地址，帧类型arp类型mac帧，填个0x0806，最后给帧尾加上crc校验码，然后写进网卡发送缓冲区，写网卡TDT寄存器，然后网卡DMA读出，利用HVY转成光电信号发到局域网中，当其他主机接收后，网卡检查mac头的目的mac地址，是广播地址没问题，crc校验码验算过后也没问题，写进网卡接收缓冲区，触发硬件中断，cpu陷入内核，调用网卡驱动，读mac头中帧类型为arp，从而读出完整mac帧，去掉mac头和尾交给arp层，一看目的ip不是自己网卡ip，那就丢包，当目标主机网卡接收后，网卡检查mac头的目的mac地址是广播地址没问题，crc校验码验算过后也没问题，于是将mac帧写进网卡接收缓冲区中，然后触发硬件中断，cpu陷入内核，调用网卡驱动，读mac头中帧类型为arp，从而读出完整mac帧，去掉mac头和尾交给arp层，arp层看目的ip正确，再一看op是1，那就构建arp响应报文，op操作类型就是2表示arp响应，源ip填上，源mac地址也填上，然后根据请求中的字段填写目的ip和目的mac地址，交给数据链路层，填写源和目的mac地址，帧类型还是0x0806 arp帧类型，加上crc校验码，写进网卡发送缓冲区，写TDT寄存器，然后最后发到直连网络中，这次因为有明确目的mac地址，所以是单播，接收到后通过硬件中断将下一跳ip与mac地址映射加进arp缓存中，并唤醒arp缓存等待队列上的进程，然后进程就会得到下一跳ip的mac地址，从而能够封装ip类型mac帧了
查看arp缓存的命令
arp -a
数据链路层的一个概念：单播和广播
如果发送到网卡直连网络中的mac帧，其目的mac地址是广播地址FF：FF：FF：FF：FF：FF，那局域网中的每个主机网卡在收到mac帧后，检查其目的mac地址是广播地址没问题，然后检查crc，之后就写进网卡接收缓冲区，触发硬件中断，然后cpu陷入内核，读出mac帧后去帧头和帧尾，交给上一层，这就是广播，也就是所有的主机不会在数据链路层就丢弃该包（除非crc错了）。
而单播就很好理解了，那就是发送的mac帧其目的mac地址是明确的，那主机网卡接收到mac帧后，看到目的mac地址和自己都不一样，于是直接在数据链路层就丢包