目录

背景

MTU

MTU对IP协议的影响：

MTU对UDP协议的影响：

MTU对TCP协议的影响：

以太网（mac帧协议）

MTU为何存在？ 

ARP协议

RARP协议介绍：

背景

那么使用不同局域网技术的主机是如何通信的？

1.链路层给数据添加上自己的局域网的报头 2.数据在跨网络传输的过程要经过路由器 3.路由器工作在网络层，数据在交付给路由器的时候，路由器会去掉数据的局域网报头 4.当数据发往下一跳时就会添加对应局域网协议的报头，所以数据可以在不同局域网之间传输。

看图理解：

MTU

        数据链路层有最大传送数据的规定：以太网帧中的数据长度规定最小46字节，最大1500字节，1500就是MTU，MTU是Maximum Transmission Unit的缩写，意为最大传输单元，不同的网络类型有不同的MTU，也就是不同的数据链路层标准的MTU是不同的。如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片(fragmentation)，这个分片的工作是网络层的IP协议完成的。

MTU对IP协议的影响：

        较大的数据包，网络层的IP协议会进行分片，分片的报文的16位标识是相同的，它们的3位标志字段第二位置为0表示允许分片，这时候如果报文长度超过MTU，IP模块就会丢弃报文。第三位表示"更多分片"，除了最后一个分片置一表示分片结束，其他分片为0。还有它们IP报文的13位片偏移会标记它们相对于起始报文的位置，方便重新排序报文重组，这些分片中，任意一个分片丢包了就意味着整个包丢了，IP层不负责丢包重发。如图IP报文中标识分片的字段：

MTU对UDP协议的影响：

        一旦UDP报文长度超过了1500字节，就会在网络层分成多个数据包，一旦丢失了一个数据包，就代表整个数据包丢失，因此当发生MTU限制导致的分片丢失或重组错误时，TCP会进行重传以保证数据的完整性和正确性。而UDP则没有这种机制，分片丢失或重组错误时整个数据包都会被丢弃。因此，在选择传输协议时需要根据实际需求对可靠性和传输效率做出权衡。

MTU对TCP协议的影响：

        在建立TCP连接时，两端会通过MSS协商来确定发送方发送的数据包大小，MSS（Maximum Segment Size）选项是指TCP数据段的最大长度，基本上等同于TCP一个数据包的最大长度，且要小于MTU值。看图理解，可知TCP不会发生：

        最理想的情况下，MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度(这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU)。双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值。然后双方得知对方的MSS值之后，选择较小的作为最终MSS。MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中。

以太网（mac帧协议）

目的地址，源地址：网卡的硬件地址即6字节MAC地址，长度是48位,是在网卡出厂时固化的。 

类型：帧类型，表示有效载荷应该交给上层哪一层协议，帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP

CRC：帧末尾校验码

对于数据帧，不考虑物理层，每个主机的数据链路层协议先获取 ，每个主机用数据链路层协议解析报文，对比目的mac地址和自己的mac地址，不相等就丢弃，相等就向上分用

在网络中，数据包是通过各种协议进行传输的，不同的协议有不同的格式和结构。抓包工具可以捕获网络数据包，并以混杂模式显示，即将所有经过网络接口的数据包都显示出来，无论这些数据包是不是针对本机的。在混杂模式下，抓包工具可以捕获和分析所有经过网络接口的数据包，包括发送和接收的数据包，从而帮助网络管理员进行网络安全监控、故障排除、性能优化等工作。

MTU为何存在？ 

介绍碰撞域：

碰撞域（Collision Domain）是指在一个网络中，由于各个设备共享同一物理媒介（如同一根网线），因此在同一时刻只能有一个设备发送数据的区域。这意味着，如果两个或多个设备同时发送数据，它们的数据包就会发生碰撞，导致数据包丢失或损坏，从而影响网络的正常运行。

碰撞域通常是以物理层（如Ethernet）为基础的概念，而在更高层的网络协议中（如TCP/IP），通常会采用其他技术（如CSMA/CD）来避免碰撞的发生，从而提高网络的性能和可靠性。对于大型网络，为了避免碰撞域过大，通常会采用交换机等设备来隔离不同的碰撞域，从而提高网络的可靠性和性能。

所以同一个局域网主机同时发消息，主机少更好，因为减少碰撞的发送，数据链路层使用交换机来划分碰撞域以减少碰撞域的体积。碰撞也与mac帧体积有关，mac帧体积过大更容易碰撞，所以数据链路层规定了有效载荷不超过1500字节，即MTU。

IP层提供数据包从A主机跨网络送到B主机的能力，那么数据链路层是如何确定同一局域网的mac地址？这就需要一个介于数据链路层和网络层之间的协议，它就是ARP协议。

ARP协议

ARP是一个地址解析协议，作用是将IP转成MAC地址。它是如何工作的？

        ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系。在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址；数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符,则直接丢弃；因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。

比如主机A要给主机B发送数据包，却不知道主机B的MAC地址，那么主机A就先发送ARP请求包，主机B收到请求包，发送ARP响应包给主机A，告诉主机A主机B的MAC地址。 

ARP协议字段如下： 

 各字段含义：

注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次（两份），对于链路层为以太网的情况是多余的，但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的。 硬件类型指链路层网络类型，1为以太网。 协议类型指要转换的地址类型，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字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。

ARP请求流程： 

1.源主机发出ARP请求，询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”，并将这个请求广播到本地网段(以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播)。 2.目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机相符，则发送一个ARP应答数据包给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中。 3.每台主机都维护一个ARP缓存表,可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间(一般为20分钟),如果20分钟内没有再次使用某个表项,则该表项失效,下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址

 比如使用命令查看IP与MAC的映射表（ARP缓存表）。

注意：RARP协议的作用是将MAC地址转换为IP地址，与ARP协议类似

RARP协议介绍：

        RARP协议工作在数据链路层，主要用于在没有磁盘和其他存储设备的情况下，启动时让主机通过网络获取自己的IP地址。当一个主机启动时，它会发送一个RARP请求，在网络上广播自己的MAC地址，请求网络上的RARP服务器返回自己的IP地址。RARP服务器收到请求后，会查询自己的映射表，将MAC地址与IP地址进行匹配，并将IP地址返回给主机。主机收到IP地址后，就可以配置自己的网络参数，并开始正常的网络通信。

        由于RARP协议只能在同一物理网络中进行通信，因此在跨越不同物理网络的情况下，需要使用BOOTP或DHCP等协议来获取IP地址。另外，由于RARP协议的安全性较差，容易受到欺骗攻击，因此现在很少使用RARP协议，而更多地使用BOOTP或DHCP协议。