在 TCP/IP 协议族中，有很多协议，下图给出了文章中会用到的一些协议：
可以从上图看出，在 TCP/IP 协议族中，链路层主要有三个目的：
- 为 IP 模块发送和接收 IP 数据报
- 为 ARP 模块发送 ARP 请求和接受 ARP 应答
- 为 RARP 发送 RARP 请求和接受 RARP 应答
后续介绍的是链路层所使用的一些协议。
以下展示了两种封装格式：
- IEEE 802.2/802.3(RFC 1042)封装格式：IEEE 电子电器工程师协会公布的标准集
- 以太网封装格式：数字设备公司，英特尔公司和 Xerox 公司联合公布的一个标准，是 TCP/IP 采用的主要的局域网技术
图中每个方框下面的数字是它们的字节长度。
分别介绍一下格式的细节：
- 目的地址和源地址：采用 48bit（6字节） 的目的地址和源地址，这里的地址指的是硬件地址（MAC 地址），ARP 和 RARP 协议对 32bit 的 IP 地址和 48bit 的硬件地址进行映射。
- 长度：指后续数据的字节长度，不包括 CRC 校验码。
- 类型：以太网的类型字段定义了后续数据的类型。802 标准中，类型字段由后续的子网接入协议（SNAP）的首部给出。
- 数据：在以太网格式中，类型字段之后就是数据。在 802 标准中，跟随在后面的是 3 字节的 LLC 和 5 字节的 SNAP。
- CRC：用于帧内后续字节差错的循环冗余码校验（校验和）。
SLIP（Serial Line IP）是一种在串行线路上对 IP 数据报进行封装的简单形式。
下面的规则描述了 SLIP 协议定义的帧格式：
- IP 数据报以一个称作 END（0xc0）的特殊字符结束
- 如果 IP 报文中某个字符为 END，那么就要连续传输两个字节 0xdb 和 0xdc 来取代它。0xdb 这个特殊字符被称作 SLIP 的 ESC 字符，但它的值与 ASCII 码的 ESC 字符（0x1b）不同。
- 如果 IP 报文中某个字符为 SLIP 的 ESC 字符，那么就要连续传输两个字节 0xdb 和 0xdd 来取代它。
SLIP 是一种简单的帧封装方法，还有一些值得一提的缺陷：
- 每一端必须知道对方的 IP 地址，没有办法把本端的 IP 地址通知给另一端。
- 数据帧中没有类型字段，如果一条串行线路用于 SLIP，那么它不能同时使用其他协议。
- SLIP 没有在数据帧加上校验和，如果 SLIP 传输的报文被线路噪声影响而发送错误，只能通过上层协议来发现。
PPP 修复了 SLIP 协议中的所有缺陷，包括以下三个部分：
- 在串行链路上封装 IP 数据报的方法。PPP 既支持数据为 8 位和无奇偶校验的异步模式，还支持面向比特的同步链接。
- 建立，配置及测试数据链路的链路控制协议（LCP：Link Control Protocl），它允许通信双方进行协商，以确定不同的选项。
- 针对不同网络层协议的网络控制协议（NCP：Network Control Protocol）体系。
下面介绍一下帧的细节：
- 开始/结束：每一帧以标志字符 0x7e 开始和结束。
- 地址字节：值始终是 0xff
- 控制字节：值位 0x03
- 协议字段：类似于以太网中类型字段的功能。值为 0x0021 时，表示信息字段是一个 IP 数据报；值为 0xc021 时，表示信息字段时链路控制数据；值为 0x8021 时，表示信息字段是网络控制数据。
- 信息字段：包含了帧里的数据。
- CRC 字段：是一个循环冗余校验码，以检测数据帧中的错误。
总的来说，PPP 比 SLIP 具有下面这些优点：
- PPP 支持在单根串行线路上运行多种协议，不只是 IP 协议
- 每一帧都有循环冗余校验
- 通信双方可以进行 IP 地址的动态协商（使用 IP 网络控制协议）
- 与 CSLIP 类似，对 TCP 和 IP 报文首部进行压缩
- 链路控制协议可以对多个数据链路选项进行设置
大多数产品都支持环回接口（Lookback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户程序和服务器程序通过 TCP/IP 进行通信。
根据惯例，大多数系统把 IP 地址 127.0.0.1 分配给这个接口，并命名为 localhost，一个传给环回接口的 IP 数据报不能在任何网络上出现。
下图是环回接口处理 IP 数据报的简单过程：
图中的关键点是：
- 传给环回地址（一般是 127.0.0.1）的任何数据均作为 IP 输入
- 传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上
- 任何传给该主机 IP 地址的数据均送到环回接口
以太网和 802 标准对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是 1500 和 1492 字节。链路层的这个特性称作 MTU，最大传输单元。
如果 IP 层有一个数据报还要传，而且数据的长度比链路层的 MTU 还打，那 IP 层就要进行分片（fragmentation）。
以下是几种常见的最大传输单元：
| 网络 | MTU 字节 |
|---|---|
| 超通道 | 65535 |
| 16 Mb/s令牌环（IBM） | 17914 |
| 4 Mb/s令牌环（IEEE 802.5） | 4464 |
| FDDI | 4352 |
| 以太网 | 1500 |
| IEEE 802.3/802.2 | 1492 |
| X.25 | 576 |
| 点对点（低时延） | 296 |
路径 MTU 是两台通信主机路径中的最小 MTU。
它有如下特性：
- 两台主机之间的路径 MTU 不一定是个常数，它取决于当时所选择的路由。
- 选路不一定是对称的（从 A 到 B 的路由可能与从 B 到 A 的路由不同），因此路径 MTU 在两个方向上不一定是一致的。
