互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議入門

全世界幾十億臺電腦，連接在一起，兩兩通信。上海的某一塊網(wǎng)卡送出信號，洛杉磯的另一塊網(wǎng)卡居然就收到了，兩者實(shí)際上根本不知道對方的物理位置，你不覺得這是很神奇的事情嗎？

互聯(lián)網(wǎng)的核心是一系列協(xié)議，總稱為”互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”（Internet Protocol Suite）。它們對電腦如何連接和組網(wǎng)，做出了詳盡的規(guī)定。理解了這些協(xié)議，就理解了互聯(lián)網(wǎng)的原理。

下面就是我的學(xué)習(xí)筆記。因?yàn)檫@些協(xié)議實(shí)在太復(fù)雜、太龐大，我想整理一個簡潔的框架，幫助自己從總體上把握它們。為了保證簡單易懂，我做了大量的簡化，有些地方并不全面和精確，但是應(yīng)該能夠說清楚互聯(lián)網(wǎng)的原理。

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議入門

一、概述

1.1 五層模型

互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，分成好幾層。每一層都有自己的功能，就像建筑物一樣，每一層都靠下一層支持。

用戶接觸到的，只是最上面的一層，根本沒有感覺到下面的層。要理解互聯(lián)網(wǎng)，必須從最下層開始，自下而上理解每一層的功能。

如何分層有不同的模型，有的模型分七層，有的分四層。我覺得，把互聯(lián)網(wǎng)分成五層，比較容易解釋。

如上圖所示，最底下的一層叫做”實(shí)體層”（Physical Layer），最上面的一層叫做”應(yīng)用層”（Application Layer），中間的三層（自下而上）分別是”鏈接層”（Link Layer）、”網(wǎng)絡(luò)層”（Network Layer）和”傳輸層”（Transport Layer）。越下面的層，越靠近硬件；越上面的層，越靠近用戶。

它們叫什么名字，其實(shí)并不重要。只需要知道，互聯(lián)網(wǎng)分成若干層就可以了。

1.2 層與協(xié)議

每一層都是為了完成一種功能。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，就需要大家都遵守共同的規(guī)則。

大家都遵守的規(guī)則，就叫做”協(xié)議”（protocol）。

互聯(lián)網(wǎng)的每一層，都定義了很多協(xié)議。這些協(xié)議的總稱，就叫做”互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”（Internet Protocol Suite）。它們是互聯(lián)網(wǎng)的核心，下面介紹每一層的功能，主要就是介紹每一層的主要協(xié)議。

二、實(shí)體層

我們從最底下的一層開始。

電腦要組網(wǎng)，第一件事要干什么？當(dāng)然是先把電腦連起來，可以用光纜、電纜、雙絞線、無線電波等方式。

這就叫做”實(shí)體層”，它就是把電腦連接起來的物理手段。它主要規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)的一些電氣特性，作用是負(fù)責(zé)傳送0和1的電信號。

三、鏈接層

3.1 定義

單純的0和1沒有任何意義，必須規(guī)定解讀方式：多少個電信號算一組？每個信號位有何意義？

這就是”鏈接層”的功能，它在”實(shí)體層”的上方，確定了0和1的分組方式。

3.2 以太網(wǎng)協(xié)議

早期的時候，每家公司都有自己的電信號分組方式。逐漸地，一種叫做”以太網(wǎng)”（Ethernet）的協(xié)議，占據(jù)了主導(dǎo)地位。

以太網(wǎng)規(guī)定，一組電信號構(gòu)成一個數(shù)據(jù)包，叫做”幀”（Frame）。每一幀分成兩個部分：標(biāo)頭（Head）和數(shù)據(jù)（Data）。

“標(biāo)頭”包含數(shù)據(jù)包的一些說明項(xiàng)，比如發(fā)送者、接受者、數(shù)據(jù)類型等等；”數(shù)據(jù)”則是數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容。

“標(biāo)頭”的長度，固定為18字節(jié)。”數(shù)據(jù)”的長度，最短為46字節(jié)，最長為1500字節(jié)。因此，整個”幀”最短為64字節(jié)，最長為1518字節(jié)。如果數(shù)據(jù)很長，就必須分割成多個幀進(jìn)行發(fā)送。

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