网络原理——数据链路层

以太网是数据链路层的核心协议

1. 以太网数据帧的组成部分

  1. 帧起始符（Preamble）：8字节的连续数据0xAA，标识一个新数据帧的开始，用于同步收发双方的时钟。

  2. 目的MAC地址（Destination MAC Address）：6字节的目的MAC地址，表示数据帧的接收者。

  3. 源MAC地址（Source MAC Address）：6字节的源MAC地址，表示数据帧的发送者。

  4. 类型/长度（Type/Length）：2字节的字段，用于指示数据帧中的数据类型或长度。

  5. 有效载荷（Payload）：46-1500字节的数据部分，包含网络层协议的数据和其他信息。因为ARP是46个字节所以有效载荷最小是46字节，最大为1500字节是由于硬件设备的限制，这个最大限制称为MTU

  6. 填充（Padding）：如果有效载荷长度小于46字节，则在数据尾部添加填充，以达到最小帧长度64字节。

  7. 帧校验序列（Frame Check Sequence）：4字节的CRC校验码，用于检测数据传输过程中是否出现了错误。

以太网数据帧的总长度为64-1518字节，其中8字节的帧起始符和4字节的帧校验序列是固定的，剩余部分则根据实际数据内容来确定。数据帧的目的MAC地址、源MAC地址和类型/长度字段是在数据链路层中进行处理和解释的，以太网协议支持多种不同类型的数据，例如IP数据包（0x0800）、ARP请求/应答（0x0806）等。

MAC地址（Media Access Control address）是一个用于唯一标识网络设备的地址。它是由设备的制造商在生产时分配给设备的，通常以十六进制数表示。MAC地址是数据链路层中用于在局域网中唯一标识网络设备的地址。每个网络设备都会有一个唯一的MAC地址，这样可以确保在局域网中每个设备都具有唯一的标识。

解释：

类型：

  1. 指示上层协议：当以太网帧携带的数据是网络层及以上的协议时，"类型"字段用于指示数据部分所使用的协议类型。例如，如果数据部分是 IP 数据报文，"类型"字段可能指定为0x0800（对应于IPv4协议），如果数据部分是IPv6数据报文，则"类型"字段可能指定为0x86DD。

  2. EtherType/Length 字段：在以太网数据帧中，"类型"字段也被称为 EtherType 字段，它用来表示随后数据字段的具体含义。此外，在一些情况下，"类型"字段也可以用来表示数据字段的长度。这样的情况下，"类型"字段通常被称为 Length 字段。

  3. 识别不同协议：通过"类型"字段，网络设备可以识别以太网帧携带的数据所使用的具体协议，从而进行相应的处理和转发。不同的协议可能需要不同的处理方式，"类型"字段有助于设备进行正确的协议解析和处理。

ARP：ARP用于将IP地址转换为对应的MAC地址，在局域网中实现网络层地址到数据链路层地址的映射。

RARP：RARP用于将数据链路层地址（如MAC地址）转换为对应的IP地址，是ARP的逆向过程。

2. MAC地址和IP地址的区别

  1. 唯一性范围：MAC地址在全球范围内是唯一的，由设备制造商分配，因此具有全局唯一性。而IP地址在特定的网络范围内是唯一的，但在不同的网络之间可以重复。这意味着全球范围内的每个设备都有唯一的MAC地址，但可能有多个设备共享相同的IP地址。

  2. 地址格式：MAC地址通常以十六进制表示，由6个字节（48位）组成，例如00:1A:2B:3C:4D:5E。IP地址通常以点分十进制表示，IPv4地址由4个字节（32位）组成，例如192.168.0.1。IPv6地址则采用128位的长度，由8组16进制数表示，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

  3. 路由和转发：MAC地址用于在局域网内部直接寻址和传输数据帧，而IP地址则用于在不同网络之间进行路由和转发。路由器根据目的IP地址对数据包进行转发，而在每个局域网中，设备通过目标MAC地址直接发送和接收数据。

  4. 灵活性：IP地址具有更高的灵活性，可以根据需要分配、释放和重新分配。这使得在网络中进行动态地址分配（如DHCP）和网络管理更加方便。而MAC地址通常是设备制造商预先分配的，一般不会随着网络配置的变化而改变。

3. DNS 

DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网中用于将域名（如example.com）转换为与之对应的 IP 地址的分布式命名系统。它充当了互联网上的“电话簿”，帮助用户通过易记的域名来访问网站，而无需记住复杂的 IP 地址。

以下是 DNS 的主要功能和工作原理：

  1. 域名解析：DNS 的主要作用是将人类可读的域名（如www.example.com）转换为计算机可识别的 IP 地址（如192.0.2.1）。这个过程称为域名解析，它通过 DNS 服务器来实现。
  2. 分层结构：DNS 采用了分层结构，包括根域（.）、顶级域（TLD）、二级域、子域等层级。当用户在浏览器中输入一个域名时，DNS 将逐级查询不同层级的服务器，直到找到对应的 IP 地址。
  3. 递归查询：当用户的设备向 DNS 服务器发起域名解析请求时，DNS 服务器可能会进行递归查询，依次向其他 DNS 服务器查询，直到找到与之对应的 IP 地址，并将结果返回给用户。
  4. 缓存：为了提高解析效率，DNS 服务器通常会缓存已解析过的域名和对应的 IP 地址，以便在后续的查询中快速返回结果。
  5. 权威服务器和递归服务器：DNS 系统中包含权威服务器（Authoritative Name Server）和递归服务器（Recursive Resolver）。权威服务器存储特定域名的 IP 地址信息，而递归服务器则负责处理域名解析请求并返回结果。

 hosts 文件就是用于储存IP和对应的域名的，随着互联网发展，域名和服务器越来越多，维护hosts文件就非常麻烦，于是诞生了域名解析服务器，需要获取域名或IP只需在服务器内获得

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