互联网协议概要.doc

一、概述 1.1 五层模型 互联网的实现，分成好几层。每一层都有自己的功能，就像建筑物一样，每一层都靠下一层支持。 用户接触到的，只是最上面的一层，根本没有感觉到下面的层。要理解互联网，必须从最下层开始，自下而上理解每一层的功能。 如何分层有不同的模型，有的模型分七层，有的分四层。我觉得，把互联网分成五层，比较容易解释。 如上图所示，最底下的一层叫做实体层（Physical Layer），最上面的一层叫做应用层（Application Layer），中间的三层（自下而上）分别是链接层（Link Layer）、网络层（Network Layer）和传输层（Transport Layer）。越下面的层，越靠近硬件；越上面的层，越靠近用户。 它们叫什么名字，其实并不重要。只需要知道，互联网分成若干层就可以了。 1.2 层与协议 每一层都是为了完成一种功能。为了实现这些功能，就需要大家都遵守共同的规则。 大家都遵守的规则，就叫做协议（protocol）。 互联网的每一层，都定义了很多协议。这些协议的总称，就叫做互联网协议（Internet Protocol Suite）。它们是互联网的核心，下面介绍每一层的功能，主要就是介绍每一层的主要协议。 二、实体层 我们从最底下的一层开始。 电脑要组网，第一件事要干什么？当然是先把电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。 这就叫做实体层，它就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。 三、链接层 3.1 定义 单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？ 这就是链接层的功能，它在实体层的上方，确定了0和1的分组方式。 3.2 以太网协议 早期的时候，每家公司都有自己的电信号分组方式。逐渐地，一种叫做以太网（Ethernet）的协议，占据了主导地位。 以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做帧（Frame）。每一帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）。 标头包含数据包的一些说明项，比如发送者、接受者、数据类型等等；数据则是数据包的具体内容。 标头的长度，固定为18字节。数据的长度，最短为46字节，最长为1500字节。因此，整个帧最短为64字节，最长为1518字节。如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。 3.3 MAC地址 上面提到，以太网数据包的标头，包含了发送者和接受者的信息。那么，发送者和接受者是如何标识呢？ 以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有网卡接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址。 每块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址，长度是48个二进制位，通常用12个十六进制数表示。 前6个十六进制数是厂商编号，后6个是该厂商的网卡流水号。有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。 3.4 广播 定义地址只是第一步，后面还有更多的步骤。 首先，一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址？ 回答是有一种ARP协议，可以解决这个问题。这个留到后面介绍，这里只需要知道，以太网数据包必须知道接收方的MAC地址，然后才能发送。 其次，就算有了MAC地址，系统怎样才能把数据包准确送到接收方？ 回答是以太网采用了一种很原始的方式，它不是把数据包准确送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。 上图中，1号计算机向2号计算机发送一个数据包，同一个子网络的3号、4号、5号计算机都会收到这个包。它们读取这个包的标头，找到接收方的MAC地址，然后与自身的MAC地址相比较，如果两者相同，就接受这个包，做进一步处理，否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做广播（broadcasting）。 有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式，链接层就可以在多台计算机之间传送数据了。 四、网络层 4.1 网络层的由来 以太网协议，依靠MAC地址发送数据。理论上，单单依靠MAC地址，上海的网卡就可以找到洛杉矶的网卡了，技术上是可以实现的。 但是，这样做有一个重大的缺点。以太网采用广播方式发送数据包，所有成员人手一包，不仅效率低，而且局限在发送者所在的子网络。也就是说，如果两台计算机不在同一个子网络，广播是传不过去的。这种设计是合理的，否则互联网上每一台计算机都会收到所有包，那会引起灾难。 互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络，很像想象上海和洛杉矶的电脑会在同一个子网络，这几乎是不可能的。 因此，必须找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用路由方式发送。（路由的意思，就是指如何向不同