TCP/IP协议族的数据链路层基础（1）——MTU
数据链路层实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据在物理媒介（比如以太网，令牌环网等）上的传输。不同的物理网络具有不同的电气特性，网络驱动程序隐藏了这些细节，为上层协议提供了一个接口。
数据链路层常用的两个协议是ARP协议（Address Resolve Protocol，地址解析协议）和RARP协议（Reverse Address Resolve Protocol，逆地址解析协议）。它们实现了IP地址和机器物理地址（通常是MAC地址，以太网，令牌环网，无限网卡等都是使用的MAC地址）之间的相互转换。
网络层必须先将目标机器的IP地址转化为物理地址才能够使用数据链路层提供的服务，这就是ARP协议的用途。而RARP仅用于网络上的某些无盘工作站，它们无法记住自己的IP地址，但可以利用网卡上的物理地址来向网络管理者（服务器或网络管理软件）查询自己的IP地址
以太网
- 以太网不是一种具体的网络，而是一种技术标准；既包含了数据链路层内容，又包含了物理层的内容。
- 以太网中的网线必须使用双绞线；传输速率有10M，100M，1000M
- 与以太网并列的还有无线LAN，令牌环网等
以太网帧格式
- 目的地址和源地址是指网卡的硬件地址（即MAC地址 ），长度是48位（6字节），是在网卡出厂时固化的
- 帧协议类型字段有三个值：分别对应IP（0x800）、ARP（0x806）、RARP（0x835）
- 帧末尾是CRC校验码
MAC地址
- MAC地址用来用来识别数据链路层中相连的节点
- 长度是48位（6个字节），一般用16进制数加上冒号的形式来表示（如08:00:27:03:fb:19）
- MAC地址在网卡出厂时就设定了，不能修改。MAC地址通常是唯一的（虚拟机中的MAC地址不是真实的MAC地址，可能会冲突；也有些网卡支持用户配置MAC地址）
MAC地址与IP地址的区别（下面这样理解很好理解）
- IP地址描述的路途的起点与终点
- MAC地址描述的是这个路途中某一段区间的起点和终点
MTU （最大传输单元）
MTU相当于是数据在数据链路层被打包后最大的一个包大小（以太网是1500字节），这个限制是不同的数据链路对应的物理层产生的限制
- 以太网帧中的数据长度规定为最小46字节，最大1500字节，ARP数据包的长度不够46字节，要在后面补填充位
- 最大值1500称为以太网的最大传输单元（MTU），不同的网络类型有不同的MTU
- 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，需要对数据包进行分片
- 不同的数据链路层标准的MTU是不同的
MTU对IP协议的影响
由于数据链路层MTU的限制，就要对较大的IP数据包进行分包
- 将较大的IP包分成多个小包，为每个小包打上标签
- 每个小包的IP协议头的16位标识部分都是相同的
- 每个小包的IP协议头的3位标志字段中，第2位置为0（为0表示可以分片），第三位表示结束标记（当前包是否为最后一个包，如果是则置为1，否则置为0）
- 到达对端时再将这些小包按顺序重组，拼装到一起返回给传输层
- 一旦小包中任意一个丢失，接收端的重组就会失败，但是IP层不会负责重新传输数据
MTU对UDP协议的影响
- 一旦UDP的数据超过1472（1500-20（IP首部）-8（UDP首部）），那么就会在网络层分成多个IP数据报
- 这多个IP数据报有任意一个丢失，都会引起接收端网络层重组失败，这就意味着，如果UDP数据报在网络层被分片，整个数据报被丢失的可能性就大大增加了
MTU对TCP协议的影响
- TCP的一个数据报也不能无限大，还是受限制于MTU，TCP的单个最大数据报的最大消息长度，称为MSS（Max Segment Size）
- TCP在建立连接的过程中，通信双方会进行MTU协商
- 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（这个长度仍然受限制于数据链路层的MTU）
- 双方在发送SYN的时候会在TCP首部写入自己能支持的MSS值
- 然后双方得知对方的MSS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（kind=2）
下图是关于MSS和MTU的两者之间的关系图