互聯網分層和協議【學習筆記】

互聯網的分層

 

　　1. 實體層（Physical Layer）

　　2. 連接層（Link Layer）

　　3. 網絡層（Network Layer）

　　4. 傳輸層（Transport Layer）

　　5. 應用層（Application Layer）

 

　　越下面的層，越靠近用戶；越上面的層，越靠近硬件。

 

互聯網協議

 

　　每一層都是爲了完成一種功能。爲了實現這些功能，就須要你們都遵照共同的規則。你們都遵照的規則，就叫作"協議"（protocol）。

　　互聯網的每一層，都定義了不少協議。這些協議的總稱，就叫作"互聯網協議"（Internet Protocol Suite）。它們是互聯網的核心。

 

 

各分層的定義和做用

 

　　"實體層"，就是把電腦鏈接起來的物理手段，例如光纜、電纜、雙絞線、無線電波等方式。它主要規定了網絡的一些電氣特性，做用是負責傳送0和1的電信號。

　　 "連接層"，它在"實體層"的上方，肯定了0和1的分組方式。單純的0和1沒有任何意義，必須規定解讀方式：多少個電信號算一組？每一個信號位有何意義？

 

　　①以太網協議：

　　　　 以太網規定，一組電信號構成一個數據包，叫作"幀"（Frame）。每一幀分紅兩個部分：標頭（Head）和數據（Data）。

　　　　"標頭"包含數據包的一些說明項，好比發送者、接受者、數據類型等等；"數據"則是數據包的具體內容。

　　②MAC地址

　　　　以太網規定，連入網絡的全部設備，都必須具備"網卡"接口。數據包必須是從一塊網卡，傳送到另外一塊網卡。網卡的地址，就是數據包的發送地址和接收地址，這叫作MAC地址。（每塊網卡出廠的時候，都有一個全世界獨一無二的MAC地址，長度是48個二進制位，一般用12個十六進制數表示。前6個十六進制數是廠商編號，後6個是該廠商的網卡流水號。有了MAC地址，就能夠定位網卡和數據包的路徑了。）

 

 

網絡層

 

　　①IP協議

　　　　規定網絡地址的協議，叫作IP協議。它所定義的地址，就被稱爲IP地址。

　　　　目前，普遍採用的是IP協議第四版，簡稱IPv4。這個版本規定，網絡地址由32個二進制位組成。（IP協議的做用主要有兩個，一個是爲每一臺計算機分配IP地址，另外一個是肯定哪些地址在同一個子網絡。）

 

由於IP數據包是放在以太網數據包裏發送的，因此咱們必須同時知道兩個地址，一個是對方的MAC地址，另外一個是對方的IP地址。

 

　　②ARP協議

　　 　　有了ARP協議，咱們就能夠獲得同一個子網絡內的主機MAC地址，就能夠把數據包發送到任意一臺主機之上。

 

傳輸層

 

　　①由來

　　　　爲了區分數據包是提供給哪一個程序用的，除了mac地址和ip地址，還須要一個參數，表示這個數據包到底供哪一個程序（進程）使用。這個參數就叫作"端口"（port），它實際上是每個使用網卡的程序的編號。每一個數據包都發到主機的特定端口，因此不一樣的程序就能取到本身所須要的數據。

　　　　"端口"是0到65535之間的一個整數，正好16個二進制位。0到1023的端口被系統佔用，用戶只能選用大於1023的端口。不論是瀏覽網頁仍是在線聊天，應用程序會隨機選用一個端口，而後與服務器的相應端口聯繫。

 

　　　　"傳輸層"的功能，就是創建"端口到端口"的通訊。相比之下，"網絡層"的功能是創建"主機到主機"的通訊。只要肯定主機和端口，咱們就能實現程序之間的交流。所以，Unix系統就把主機+端口，叫作"套接字"（socket）。有了它，就能夠進行網絡應用程序開發了。

 

　　②UDP協議

　　　　針對端口定義的新的協議。　　

　　　　UDP數據包，也是由"標頭"和"數據"兩部分組成。"標頭"部分主要定義了發出端口和接收端口，"數據"部分就是具體的內容。而後，把整個UDP數據包放入IP數據包的"數據"部分，而前面說過，IP數據包又是放在以太網數據包之中的，因此整個以太網數據包如今變成了下面這樣：

　　　　Head - Head - Head - Data

 

　　③TCP協議　　

　　　　UDP協議的優勢是比較簡單，容易實現，可是缺點是可靠性較差，一旦數據包發出，沒法知道對方是否收到。爲了解決這個問題，提升網絡可靠性，TCP協議就誕生了。

　　　　這個協議很是複雜，但能夠近似認爲，它就是有確認機制的UDP協議，每發出一個數據包都要求確認。若是有一個數據包遺失，就收不到確認，發出方就知道有必要重發這個數據包了。

 

 

應用層

 

　　應用程序收到"傳輸層"的數據，接下來就要進行解讀。數據必須事先規定好格式，不然根本沒法解讀。"應用層"的做用，就是規定應用程序的數據格式。

　　（舉例來講，TCP協議能夠爲各類各樣的程序傳遞數據，好比Email、WWW、FTP等等。那麼，必須有不一樣協議規定電子郵件、網頁、FTP數據的格式，這些應用程序協議就構成了"應用層"。）

這是最高的一層，直接面對用戶。它的數據就放在TCP數據包的"數據"部分。

 

 

總結：

 

　　網絡通訊就是交換數據包。電腦A向電腦B發送一個數據包，後者收到了，回覆一個數據包，從而實現兩臺電腦之間的通訊。數據包的結構，基本上是下面這樣：

 

　　發送這個包，須要知道兩個地址：

　　* 對方的MAC地址

　　* 對方的IP地址

　　（1）最前面的"以太網標頭"，設置發出方（本機）的MAC地址和接收方（DHCP服務器）的MAC地址。前者就是本機網卡的MAC地址，後者這時不知道，就填入一個廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

　　（2）後面的"IP標頭"，設置發出方的IP地址和接收方的IP地址。這時，對於這二者，本機都不知道。因而，發出方的IP地址就設爲0.0.0.0，接收方的IP地址設爲255.255.255.255。

　　（3）最後的"TCP 標頭"，設置發出方的端口和接收方的端口。這一部分是DHCP協議規定好的，發出方是68端口，接收方是67端口。

 　　

 

 

參考：http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html