互联网协议等

1、什么是互联网协议及为何要有互联网协议

　　互联网协议：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。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"。互联网的每一层，都定义了很多协议。这些协议的总称，总称为"互联网协议"（Internet Protocol Suite）。它们对电脑如何连接和组网，做出了详尽的规定。

互联网协议的功能：定义计算机如何接入Internet，以及接入Internet的计算机通信的标准。

2、osi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。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。

　　①最低层实体层，它就是把电脑连接起来的物理手段（光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式）。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。

　　②接着是链接层，它在实体层的上方，它的作用是把单纯的0和1电信号进行分组，确定了0和1的分组方式。电信号分组方式。目前占主导地位的电信号分组方式为以太网协议。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；"数据"则是数据包的具体内容。标头中包含的源和目标地址由来：以太网规定接入互联网的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即MAC地址。每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的MAC地址，有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。

　　就算有了MAC地址，系统为了把数据包准确送到接收方，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，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。

　　③第三层为网络层。以太网协议，依靠MAC地址发送数据。理论上，单单依靠MAC地址，任何一个网卡就可以找到世界上任意其他的网卡了，技术上是可以实现的，但这种方法对资源占用太严重，实际并不可行。为了区分MAC地址的子网络。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。

这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"。于是，"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。

　　④第四层为传输层有了MAC地址和IP地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。接下来为了辨识同一台主机上用到网络的具体程序，我们还需要一个参数"端口"（port），表示使用网卡的程序的编号。

"传输层"的功能，就是建立"端口到端口"的通信。相比之下，"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，Unix系统就把主机+端口，叫做"套接字"（socket）。有了它，就可以进行网络应用程序开发了。

　　⑤最后为应用层。程序收到"传输层"的数据，接下来就要进行解读。"应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式这些应用程序协议就构成了"应用层"。

这是最高的一层，直接面对用户。它的数据就放在TCP数据包（或UPD数据包）的"数据"部分。因此，现在的以太网的数据包就变成下面这样。

 

 

3、用户上网流程

　　1 首先用户设置好了自己的网络参数：

  　　* 本机的IP地址：192.168.1.100   * 子网掩码：255.255.255.0   * 网关的IP地址：192.168.1.1   * DNS的IP地址：8.8.8.8

然后他打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。

 

　　这意味着，浏览器要向Google发送一个网页请求的数据包。

　　2 DNS协议

　　我们知道，发送数据包，必须要知道对方的IP地址。但是，现在，我们只知道网址www.google.com，不知道它的IP地址。

DNS协议可以帮助我们，将这个网址转换成IP地址。已知DNS服务器为8.8.8.8，于是我们向这个地址发送一个DNS数据包（53端口）。

 

　　然后，DNS服务器做出响应，告诉我们Google的IP地址是172.194.72.105。于是，我们知道了对方的IP地址。

　　3 子网掩码

　　接下来，我们要判断，这个IP地址是不是在同一个子网络，这就要用到子网掩码。

　　已知子网掩码是255.255.255.0，本机用它对自己的IP地址192.168.1.100，做一个二进制的AND运算（两个数位相同，结果为1，否则为0），计算结果为192.168.1.0；然后对Google的IP地址172.194.72.105也做一个AND运算，计算结果为172.194.72.0。这两个结果不相等，所以结论是，Google与本机不在同一个子网络。

　　因此，我们要向Google发送数据包，必须通过网关192.168.1.1转发，也就是说，接收方的MAC地址将是网关的MAC地址。

　　4 应用层协议

　　浏览网页用的是HTTP协议，它的整个数据包构造是这样的：

 

　　HTTP部分的内容，类似于下面这样：

  　　GET / HTTP/1.1   Host: www.google.com   Connection: keep-alive   User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ......   Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8   Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch   Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8   Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3   Cookie: ... ...

　　我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。

　　5 TCP协议

　　TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。

　　TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。

　　6 IP协议

　　然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。

　　IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。

　　7 以太网协议

　　最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。

　　以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。    因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。

　　8 服务器端响应

　　经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。

　　根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的"HTTP请求"，接着做出"HTTP响应"，再用TCP协议发回来。

　　本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。