通過學習：阮一峰（很全很詳細）

互聯網的核心是“一系列協議”，這些協議對電腦如何連接和組網，做出了詳細的規定。只要把這些協議搞懂了，就很好理解互聯網的原理了。

一、概述

1.1五層模型

用戶接觸的是最上面一層

實體層-->鏈路層-->網絡層-->傳輸層-->應用層

越往下越靠近硬件，越往上越靠近用戶

1.2層與協議

每一層都需要完成相應的功能，但是必須遵守某種規則，這個規則就稱之為“協議（protocol）”

每一層都有許多協議，這些協議的總稱“互聯網協議”（Internet Protocol Suite）

接下來就介紹每一層的功能，主要就是介紹每一層的主要協議

二、實體層

首先將電腦連接起來，采用電纜、光纜、無線電波、雙絞線

用物理手段將電腦連接起來，規定了網絡的一些電氣特性，作用是傳送0或1的電信號

三、鏈路層

3.1單純的0或1的電信號沒有意義，必須規定解讀方式：多少個電信號一組？每個信號位代表什么意義？

這就是鏈路層的功能，在“實體層”上規定了0和1分組方式

3.2“以太網協議”

開始每個公司都有自己的分組方式，逐漸一個“以太網”協議占據了主導地位。

“以太網協議”規定一組電信號組成一個數據包稱之為“幀（Frame）”.每一個幀有兩部分組成：頭（Head）和數據（Data）

“標頭”包含了一些信息 （發送者、接受者、數據類型等）

“數據”就是發送的內容

“標頭”的長度默認是18字節。“數據”最短為46字節，最長1500字節，因此幀的最短為64字節，最長1518。如果發送的數據過長，就需要拆分成好幾幀來發送

3.3MAC地址

上邊提到“標頭”中包含著發送者和接受者的信息，那么如何標識發送者和接受者的呢

“以太網協議”規定接入網絡的所有設備必須就有“網卡”接口。數據包是從一個網卡接口發送至另一個網卡接口。網卡的地址就是發送和接收的地址，稱之為MAC地址

每一個網卡都有世界上獨一無二的MAC地址，長度是48個二進制，通常用12個十六進制表示

前六個是廠商編號，后六位是該廠商網卡的流水號

3.4廣播

定義只是第一步，一個網卡是如何得知另一個網卡的MAC地址的呢

ARP協議可以解決這個問題，具體的后邊在學習

但是知道了另一個網卡的MAC地址，如何準確的吧數據包送達呢

這里，“以太網”采用了的最原始的方法，向本網絡下的所有計算機發送數據包，然后在判斷是否是接收方

在上圖中，計算機1要向計算機2發送數據，需要將數據包發送到計算機2/3/4/5，然后2/3/4/4在讀取數據包中MAC地址和自身比較，如果相同，作進一步的處理；如果不同，就丟棄這個數據包；這就叫做“廣播”

有了數據包的定義、網卡的MAC地址和廣播的發送方式，“鏈路層”就可以在多個計算機之間發送數據包了

四：網絡層

4.1網絡層的由來

以太網協議，依靠MAC地址來傳輸數據。理論上，單單靠MAC地址，上海的網卡是能找得到洛杉磯的網卡（MAC地址唯一性）。

但是這樣也有巨大的缺點，以太網依靠廣播的方式發送數據包。所有成員人手一份包，效率太低，而且局限于一個子網絡，也就是說兩臺計算機不在一個子網絡，廣播是過不去的，這樣的設計也是合理的，想想一發送數據，互聯網的人人手一包，會引發災難的。

互聯網是由無數個子網絡組成的巨型網絡，上海的計算機和洛杉磯的計算機不可能在同一個子網絡。

因此，能不能區分是否在同一個子網絡，如果同一個子網絡，直接廣播；如果不在同一個子網絡，就得“路由”。Mac只與廠商有關，與網絡無關。這就導致了網絡層的出現，引進了新的地址，稱之為網絡地址

4.2IP協議

規定網絡地址的協議叫做IP協議。網絡地址叫做IP地址

現在廣泛應用的是IP協議第四版，簡稱IPv4。

這個版本規定32個二進制組成，從0-255.255.255.255

每一臺主機都會有一個IP地址，IP地址唯一，否則會發生IP地址沖突。，IP地址由兩部分組成，前一部分代表網絡，后一部分代表主機。

比如172.16.254.1，假設前24位代表網絡，后8位則代表主機；兩個出于同一子網絡下的網絡部分相同，比如172.16.254.3和172.16.254.7處于同一個子網下；

但是單單從IP地址看不出來，因為你不知道是前16位還是前24位甚至前28位代表網絡部分；這個時候子網掩碼就出來了

子網掩碼和IP地址一樣，網絡部分全為1主機部分為零.比如172.16.254.1，假設前24位代表網絡，后8位則代表主機；那么他的子網掩碼就是255.255.255.0

只要知道了子網掩碼就可以判斷兩個IP是否在同一個子網絡，將兩個IP地址和子網掩碼進行and操作，是否相等。

IP地址的作用是：1.為每一個計算機安排一個地址 2.判斷是否在同一個子網絡下

4.3IP數據包

直接將IP數據包放進以太網數據包中，不需要增加新的欄位，這就是互聯網分層的好處。

“IP數據包”包括標頭和數據

標頭部分包括版本、長度、IP地址，“數據”部分是IP數據包的具體內容，放進以太數據包中就變成了

IP數據包的標頭長度20字節到60字節，整個數據包的長度是65535，因此“數據部分”最長65515字節；以太網數據包的“數據部分”最長為1500字節。因此如果IP數據包超過了1500字節，那么就要分割為幾個以太網數據包，分開發送

4.4ARP協議

網絡層，IP數據包放在以太網數據包中，因此我們必須需要知道兩個地址，一是Mac地址一個是IP地址。通常，對方的IP地址是已知的，但是不知道Mac地址

所以，需要一種機制，能從IP地址得知Mac地址

這里分為兩種情況

一：兩個沒有在同一個子網絡下，只能是吧數據包發送到兩個子網絡相連的網關，需要網關去處理

二：在同一個子網絡下，可以用ARP協議，得到Mac地址。ARP協議也是發送一個數據包，包含在以太網數據包，其中包含他要訪問的IP地址，在對方的Mac地址這一欄，填的是FF.FF.FF.FF,表示這是一個“廣播”地址。在該子網絡中的每個主機都會收到這個數據包，從中取出IP地址與自己比較，如果相等，做出回復，告訴對方自己的Mac地址；如果不相等，丟棄這個包

五、傳輸層

有了Mac地址和IP地址之后，我們就可以實現在任一兩個主機之間建立聯系

但是，在同一個主機上，有很多進程在使用到網絡，比如一邊瀏覽網頁，一邊和朋友聊天，當接收到個數據包時需要判斷是表示誰的內容

因此，我們還需要一個“參數”表示接收到的數據包供哪個進程使用，這個“參數”就是“端口”（port），其實就是每個進程使用網卡的編號。每個數據包發送到特定的端口，每個進程到特定的端口取數據包

端口號是0-65535,16個二進制，0-1023的端口被系統占用，因此用戶只能選擇大于1023的端口。

不管是聊天還是瀏覽網頁，都會隨機選擇一個端口號和服務器相連

“傳輸層”的作用就是確定端口到端口，“網絡層”確定的是主機到主機；只要確定了主機和端口就能實現程序之間的交流。因此Unix把主機+端口成為“套接字”（socket）。

有了它，就可以實現網絡應用程序開發

5.2UDP協議

在數據包中加入端口信息，就需要新的協議，最簡單的實現就是UDP協議，就是在數據前邊加上端口號

標頭中是發送端口和接收端口，數據部分就是具體的內容；然后把UDP數據包中放入IP數據包中

UDP數據包非常簡單，"標頭"部分一共只有8個字節，總長度不超過65,535字節，正好放進一個IP數據包。

5.3TCP協議

UDP有一個缺陷就是發送出去不能確定是否接受到了

為了解決這一問題，TCP協議就出來了，可以近似認為他是有確認機制的UDP協議，每發送一個數據包，都需要一個確認；如果數據包丟失沒有接收到確認那么就知道數據包丟失，需要重新發送

TCP數據包理論上無限長，但是為了保證網絡的效率，一般不會超過IP數據包的長度，以確保單個TCP數據包不被分割

六、應用層

應用程序接受到了數據包，接下來就是解讀。TCP協議傳輸的數據五花八門，比如Email、WWW、FTP，那么就需要不同協議來規定電子郵件、網頁、FTP的格式，這些應用程序協議就構成了應用層。

至此，整個互聯網的五層結構，自下而上全部講完了。

下一篇主要回顧TCP協議

總結

以上是生活随笔為你收集整理的互联网协议入门（1）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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