模板
教程
环境
性能
功能
管理
互联网协议入门(一)
我们每天使用互联网，你是否想过，它是如何实现的?
全世界几十亿台电脑，连接在一起，两两通信。上海的某一块网卡送出信号，洛杉矶的另一块网卡居然就收到了，两者实际上根本不知道对方的物理位置，你不觉得这是很神奇的事情吗?
互联网的核心是一系列协议，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。理解了这些协议，就理解了互联网的原理。
下面就是我的学习笔记。因为这些协议实在太复杂、太庞大，我想整理一个简洁的框架，帮助自己从总体上把握它们。为了保证简单易懂，我做了大量的简化，有些地方并不全面和精确，但是应该能够说清楚互联网的原理。
=================================================
互联网协议入门
作者：阮一峰
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)。
