阮一峰互联网协议入门学习笔记

阮一峰互联网协议入门

互联网的核心是一系列协议，它们对电脑如何连接和组网，做出了详细规定。

一、五层模型

OSI七层模型（由上至下）：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
OSI五层模型（由上至下）：应用层、传输层、网络层、链接层、实体层

互联网的实现，每一层都有自己的功能，每一层都靠下一层的支持。越下面的层越靠近硬件，越上面的层越靠近用户。
每一层功能的实现都依赖于相应的协议。

二、实体层

光缆、电缆、双绞线、无线电波等构成了“实体层”，它是将电脑连接起来的物理手段，规定了网络的电气特性，作用是传送0和1的电信号。

三、链接层

在实体层之上，用于确定0和1电信号的分组方式。（0和1电信号的本质是高低电平）

3.1 以太网协议

“链接层”的协议是“以太网协议”。
以太网协议规定，一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”。

“Head”包含一些说明项：发送者、接收者、数据类型等。len=18字节
“Data”包含数据包的具体内容。46<len<1500字节
所以，每帧的长度 64<len<1518,若数据超过该长度，需分割成多个帧。

3.2 MAC地址

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，即MAC地址。
每个网卡都有独一无二的MAC地址。

3.3 广播

发送者网卡通过ARP协议（网络层的一种协议）获得接受者MAC地址，然后采用“广播”的形式，向本网络内所有计算机发送数据包，让每台计算机自己判断，是否为接收方。

四、网络层

链接层通过广播的方式，根据MAC地址，可以实现子网内的数据传输，但是ARP下一无法获得不同子网之间的MAC地址。
“网络层”的作用是引进一套新的地址，用于区分不同计算机是否属于同一个子网。该地址称为“网络地址”，即“网址”。
网络层的出现，计算机有了两个地址，一个是网络地址，一个是MAC地址，二者无任何关系。网址用于确定计算机所属的子网，MAC地址用于确定目标网卡。

4.1 IP协议

规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。
互联网中每台计算机都会分配到一个IP地址，IP地址分为两部分，前半部分代表子网，后半部分代表组网中的主机。
通常观察IP地址即可确定两台电脑是否属于同一子网，更准确的方式是通过“子网掩码”，方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行与运算，如果结果相同，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
根据IP协议发送的数据，就叫做IP数据包。

"Head"部分包含IP地址，“Data”部门包含数据内容。
所以，以太网数据包变成了这样：

4.2 ARP协议

传输数据包必须同时知道IP地址和MAC地址，IP地址通常是已知的，怎么知道MAC地址呢？
分为两种情况：
第一种，发送者与接收者属同一子网。ARP协议发出一个数据包，其中包含它所要查询主机的IP地址，在对方的MAC地址这一栏，填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示这是一个"广播"地址。它所在子网络的每一台主机，都会收到这个数据包，从中取出IP地址，与自身的IP地址进行比较。如果两者相同，都做出回复，向对方报告自己的MAC地址，否则就丢弃这个包。
第二种，发送者与接收者属不同子网。只能把数据包传送到两个子网络连接处的"网关"（gateway），让网关去处理。

五、传输层

"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。

5.1 UDP协议

UDP协议是建立端口到端口通信最简单的协议。

“Head”部门包含发送端口和接收端口。
“Data”部分包含具体的内容。
所以以太网数据包就是这样：

5.2 TCP协议

UDP协议简单、易实现，但可靠性差，无法确定对方是否收到数据。
TCP协议可以认为是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就收不到确认，发送方就知道有必要重发这个数据包。
TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。

六、应用层

"应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式。
常见的应用层协议有：http（超文本传输协议）、https、DNS（域名系统协议）、FTP（文件传输协议）、Telnet（远程终端协议）、SMTP（简单邮件传送协议）、POP3（邮件读取协议）
因此，最终以太网数据包如下：