第三章链路层[TCP/IP详解卷1：协议]

在第一章中，我们了解到TCP/IP协议族中链路层的主要目的是为IP模块发送和接收IP数据报。链路层不仅支持IP数据报的传输，还可以携带一些辅助性协议，例如地址解析协议（ARP）。TCP/IP支持多种不同的链路层技术，具体取决于所使用的网络硬件类型，包括有线局域网（如以太网）、城域网（如服务提供商的有线电视和DSL连接）、有线语音网络（如支持调制解调器的电话线）、无线网络（如Wi-Fi）以及基于蜂窝技术的无线数据服务（如HSPA、EV-DO、LTE和WiMAX）。 大多数链路层技术都有一个相关的协议，描述由网络硬件传输的协议数据单元（PDU）格式。在链路层中，PDU通常被称为帧，以区别于更高层的PDU格式，如网络层和传输层的分组和段。帧格式通常支持可变的帧长度，范围从几字节到几千字节，这个范围的上限称为最大传输单元（MTU）。 以太网是一套由DEC、Intel和Xerox公司在1980年首次发布的标准，并在1982年进行了修订。IEEE 802.1d标准规定了网桥的操作，交换机本质上是高性能的网桥。网桥或交换机用于连接多个物理的链路层网络，例如一对物理的以太网段或一组站点。最基本的设置涉及连接两个交换机来形成一个扩展的局域网。 目前，无线保真（Wi-Fi）是访问互联网的最流行技术之一，其标准名称为IEEE 802.11，是一种常用的无线以太网标准。点到点协议（PPP）是一种在串行链路上传输IP数据报的流行方法，适用于从低速的拨号调制解调器到高速的光链路。PPP被一些DSL服务提供商广泛部署，也可以分配互联网系统的参数。 PPP实际上是一个协议集合，而不是单一的协议。它支持建立连接的基本方法，称为链路控制协议（LCP），以及一系列网络控制协议（NCP），在LCP建立了基本链路之后，用于为各种协议（包括IPv4、IPv6和非IP协议）建立网络层链路。一些相关标准涉及对PPP的压缩和加密控制，以及在连接建立后的一些认证方法。 PPP的LCP用于在点到点链路上建立和维护低层的双向通信路径。因此，PPP操作只需关注一条链路的两端，无需像以太网和Wi-Fi的MAC层协议那样处理共享资源访问的问题。PPP的一个特殊版本称为多链路PPP（MP），可用于将多条点到点链路聚合为一条链路。这种聚合链路（称为捆绑）可作为一条完整的虚拟链路操作，并包含自己的配置信息。链路捆绑由多个成员链路组成，每个成员链路可能有自己的选项集。 从历史上看，PPP主要用于较慢的拨号调制解调器。因此，针对PPP链路上的数据压缩提出了多种方法，包括调制解调器硬件支持的压缩类型（如V.42bis、V.44）和协议头部压缩。目前，有多种压缩选项可供选择，可以在一条PPP链路的两个方向上进行选择，LCP可协商一个使压缩控制协议（CCP）生效的选项。CCP的作用类似于NCP，但在LCP链路建立交换阶段指明压缩选项时才开始处理配置压缩细节。 虽然一条PPP链路上可以使用多种NCP（甚至同时使用），但我们将重点关注支持IPv4和IPv6的NCP。对于IPv4，NCP被称为IP控制协议（IPCP）。对于IPv6，NCP被称为IPv6CP。在LCP完成链路建立和认证之后，链路每端都会进入网络状态，并使用一个或多个NCP（如典型的IPCP）进行网络层的相关协商。 在某些情况下，两台计算机通过互联网或其他网络建立一条虚拟链路是有用的。虚拟专用网络（VPN）提供了这种服务。实现这类服务的最常用方法称为隧道。一般来说，隧道是在高层（或同等层）分组中携带低层数据。例如，在一个IPv4或IPv6分组中携带IPv4数据，或在一个UDP、IPv4或IPv6分组中携带以太网数据。隧道技术打破了头部中协议严格分层的思路，允许形成覆盖网络，即这些“链路”实际上是其他协议实现的虚拟链路，而不是物理层连接的网络。这是一个非常强大和有用的技术。