Internet History, Technology, and Security（week5）——Technology: Internets and Packets

前言：

以前都在學習Internet的歷史，從這周開始，進入到了Internet技術的學習。

Layer1: Link

• Introduction / The Link Layer
  

80年代以前，主流網絡的仍是Store and Forward Networking（存儲轉發網絡），可是因爲其在數據處理方面延時較大，沒法應用於條件嚴苛的軍事領域，故軍方出力研究出了ARPANET——一個典型的packet switch network（分組交換網絡）。

ARPANET給出了一個不同的網絡：Shared Network——把一大段信息分紅許多個packets（數據包），利用路由器作短時間短距離的數據傳輸，多個路由器接連負責將收到的數據包傳送給下一個路由器，hop依然存在，路由器之間的不斷轉發最終讓數據匯聚到目的地。

Shared Network上的數據須要在路由器與路由器之間不停的Hop，爲了簡化和管理，業界提出了分爲四層的Layered Network Model（網絡分層模型），隨之在各層上用協議（Protocol）來約束層與層之間要如何協同工做，簡化過程。

Link Layer（鏈路層）是協議的第一層。因爲是分層模型，所以在這層上，只考慮物理層面上實現傳輸數據便可。物理的傳輸介質，若有線、無線傳輸、光纜等，均可以看作是一個Link。

Ethernet（以太網）能夠說是目前應用最爲普遍的Link Layer，硬件製造商在製造帶有以太網或者無線適配器的電子器件時，都會用六組兩兩結合的字符去標識這些硬件，這其實屬於一種物理地址（Mac地址），硬件之間正是經過地址來識別。

當涉及到共享的問題時，必然須要一個與之相對應的衝突解決方案，以太網採用的則是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，載波監聽多路訪問及衝突檢測）。設備在發送數據前會對信道進行Listen（監聽），當沒有其餘正在傳輸的數據時，才能夠進行傳輸，不然在某個週期內將會一直持續監聽。

Layer2: Internet Portocol

• The InterNetwork (IP)

Internetwork Layer（網絡層）須要關心的是多個Link的鏈接問題，這是分層模型帶來的好處。

與前面的Mac地址不一樣，IP地址不是與硬件有關的且一成不變的，物理地址在某個硬件被製造時就由製造商決定了，IP地址是全球性的，當你到了其餘地方IP地址就會隨之發生改變。

IP地址（IPv4）格式是32bits的，由四個小數點分隔，每組都由0 ~ 255（8bits）的二進制數組成。IP地址分爲前綴網絡號和後綴主機號，前者用子網掩碼來表示，用於表示IP地址從屬的網絡，後者指明網絡中的具體主機號。數據在網絡傳輸過程當中會先根據網絡號找到指定網絡，再根據主機號索引到目標主機。

Router Tables（路由表）是路由器等網絡設備上存儲的一張動態更新的信息表，路由表中存放了發送源和目的地的地址，能夠根據目的地的ip地址決定了數據該往哪一個方向傳遞，路由表中還包含了相鄰鏈路的帶寬狀況，智能選擇路徑以免擁堵。

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）是一個局域網的網絡協議，在接收申請以後，能夠爲新連入網絡的主機分配一個IP地址。例如當咱們在咖啡廳、在家與在工做單位分別鏈接網絡時，其實分配的IP地址是不一樣的，可是咱們在接入網絡的時候卻沒有由於地址不一樣而被拒絕，這都歸功於DHCP。

 

若是爲全部機構的全部電腦都分配一個真實存在的IP地址，那麼IP地址將會很緊缺（IPv4狀況下是2的32次方個），因此出現了Network Address Translation技術。

NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）技術可以使專用網內部已分配的本地IP地址與因特網上的主機進行通訊，這種經過使用少許的公有IP地址表明較多的私有IP地址的方式，有助於減緩IP地址枯竭的狀況。不過NAT分配的只在內部網絡使用的虛擬IP地址，不能直接訪問因特網，只有經過ISP（Internet Service Provider，互聯網服務提供商）轉換爲real global routable address，才能與因特網傳輸數據。

TTL（Time to Live，存活時間）是每一個IP數據包自帶的一個用來表示生存時間的字節，最大值爲255。TTL每通過一個路由器減小1，減到零以後就丟棄數據包，防止無限hop致使死循環形成網絡堵塞。

 小結：