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原文地点：internet协定入门

博主博客地点：Damonare的个人博客

博主之前写过一篇博客：收集协定剖析,在这篇博客里经由历程抓包，细致的剖析了差别收集协定的传送的数据和传送的体式格局。而此篇博客则用来作为一个纲要式的内容，依据层级离别，逐渐引见各层级的协定以及他们所起的作用。如有毛病的地方，迎接批评指正。

正文

1.概述

互联网的完成，分红好几层。每一层都有本身的功用，就像建筑物一样，每一层都靠下一层支撑。

1.1 模子离别

起首我们须要邃晓的事互联网的完成是分层级的，那末这个层级的离别依据差别的模子又有一些差别。个中又有两个模子的离别是我们最罕见到的，一个是OSI七层离别，另一个是TCP/IP五层离别。他们离别把互联网分红了七层和五层。

OSI和TCP/IP模子是很基础但又异常主要的收集基础知识

OSI七层模子

1.2 层与协定

每一层都是为了完成一种功用。为了完成这些功用，就须要人人都恪守配合的划定规矩。

人人都恪守的划定规矩，就叫做”协定”（protocol）。

这个协定就是我们所说的互联网协定（internet protocol）,每一层都有若干个协定，他们配合构成了我们所要讲的互联网协定。

由以上表格我们可以看出，在OSI七层协定模子里会话层和示意层是没有协定的，这里我们取的是TCP/IP模子，分红五层也比较轻易诠释。

那末这五层又都是什么呢？从上到下离别是：

如上表格所示，最底下的一层叫做物理层（Physical Layer），最上面的一层叫做运用层（Application Layer），中心的三层（自下而上）离别是数据链路层（Data Link Layer）、收集层（Network Layer）和传输层（Transport Layer）。越下面的层，越接近硬件；越上面的层，越接近用户。下面来引见每一层的功用，偏重引见每一层的主要协定

2. 物理层

物理层划定:为传输数据所须要的物理链路建立、坚持、撤除，而供应具有机械的，电子的，功用的和范例的特性 ——物理层(维基百科)

上面维基百科关于物理层的诠释说白了就是要把电脑连在一块，要领呢，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等体式格局。

物理层就是把电脑衔接起来的物理手腕。它主要划定了收集的一些电气特性，作用是担任传送0和1的电信号。

3. 数据链路层

在两个收集实体之间供应数据链路衔接的建立、坚持和开释治理。构成数据链路数据单位（frame：数据帧或帧），并对帧定界、同步、收发递次的掌握。 ——数据链路层(维基百科)

3.1 定义

上面说的收集实体也就是我们一样平常常使用到的手机电脑等联网装备了，我们方才相识到差别收集实体之间经由历程一些物理手腕（光缆，双绞线，无线电波等）衔接在了一同，来举行传输0和1电信号。纯真的传输0和1没有任何意义，一定是要划定电信号的解读体式格局，多少个电信号是一组？每一组代表的意义又是什么？

这就是数据链路层的功用，划定这些电信号的分组体式格局。

3.2 以太网协定

方才开始的时刻，每一家公司都有本身的一套关于电信号的解读体式格局，厥后跟着时候的推移，一种叫做以太网(Ethernet)的协定，占有了主导地位。

以太网划定，一组电信号构成一个数据包，叫做”帧”（Frame）。每一帧分红两个部份：标头（Head）和数据（Data）。

标头包含数据包的一些申明项，比方发送者、接收者、数据类型等等；数据则是数据包的细致内容。

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。因而，悉数帧最短为64字节，最长为1518字节。假如数据很长，就必需支解成多个帧举行发送。

3.3 MAC地点

我想在一样平常上网历程当中，最为熟习的就是用一根网线衔接端口和电脑了吧，网线衔接电脑实际上是衔接的这个玩艺儿：

上面就是我们所说的网卡了，它在物理层和数据链路层两个层级事情，正所谓才越大义务越大，网卡的主要性天然显而易见了。前面说，以太网划定每一个数据包都有一个标头（Head）来申明发送者，接收者信息，数据类型等信息。而网卡就是以太网划定的来标明发送者和接收者信息的东西。

网卡的地点，就是数据包的发送地点和吸收地点，这叫做MAC地点。

这个Mac地点天然就是发送者，接收者信息的了，经由历程这个每台电脑举世无双的地点计算机就可以经由历程一些体式格局找到另一台电脑了。每块网卡出厂的时刻，都有一个全球举世无双的MAC地点，长度是48个二进制位，平常用12个十六进制数示意。有了MAC地点，就可以够定位网卡和数据包的途径了。

3.4 播送

我们如今有了网卡，也晓得每一块网卡都有一个世界上举世无双的Mac地点，那发送者应当怎样去找接收者这台装备呢，换句话说发送者怎样才晓得接收者的Mac地点呢？这就须要另一个协定了叫做ARP协定，这个协定留在背面引见。这里我们只须要晓得，发送者必需要晓得接收者的Mac地点才正确的发送数据。

以太网采纳了一种广撒网的体式格局，发送者发送的数据包会发送给本收集内一切的计算机，然后由吸收到数据包的计算机来推断本身是不是是吸收方。

图片来自维基百科播送)，如图所示，赤色主机是发送方，绿色某一台是吸收方，数据包会发送给统一个子收集的一切绿色主机，然后由绿色主机依据数据包的标头来推断本身是不是是吸收方。假如是，就接收这个包，不是则抛弃。这类发送数据的体式格局就是播送。

综上，有了关于数据包的定义，网卡的Mac地点，播送的发送体式格局，数据链路层基础就算完整了，然后差别计算机之间就可以够传送数据了。

4.收集层

收集层使两终端系统可以互连且决议最好途径，并具有一定的堵塞掌握和流量掌握的才。 ——收集层(维基百科)

4.1 收集层的发生

走到这里我们完成的只是在一个子收集里传送数据。但我们晓得，互联网实际上是由大大小小的子收集构成的：

大到一个ISP（因特网效劳供应商，国内较大的比方挪动电信等），小到一个公司的局域网，正事这些大大小小的子收集构成了巨大的互联网系统。但实际上，播送的体式格局只能在子收集内举行，差别子收集之间播送体式格局是行不通的。

因而我们须要一种要领可以推断两台主机是不是在统一个子收集以内，假如在统一个子收集就以播送的体式格局传输数据，假如不在统一个子收集就以路由的体式格局传输（路由是个比较大的观点，本文不触及），关于路由协定的相识戳这里，MAC地点做不到这一点，它只和厂商有关，和计算机所处的收集并没有关联。

这就致使了”收集层”的降生。它的作用是引进一套新的地点，使得我们可以辨别差别的计算机是不是属于统一个子收集。这套地点就叫做”收集地点”，简称”网址”。

网址的涌现，使得每台计算机都有了两个地点，一个是出生就带着不会转变的Mac地点，一个是后期收集治理员分派的可变的收集地点。网址推断两台计算机是不是在统一个子收集，Mac地点则是将数据正确的通报到目的计算机中。因而逻辑上可以推断必定是先处置惩罚收集地点，再处置惩罚Mac地点。

4.2 IP协定

划定收集地点的协定，叫做IP协定。它所定义的地点，就被称为IP地点。

如今普遍采纳的是IP协定第四版，简称IPv4。这个版本划定，收集地点由32个二进制位构成，IPV6则是64个二进制构成。

由于IPV6还没有普遍运用，这里照样用IPV4解说。平常我们用分红四段（IPV6分红八段）的十进制数示意IP地点，从0.0.0.0一直到255.255.255.255。这个地点分红两部份，前一部份是收集部份，后一部份代表主机。But!!!收集部份细致是前16位照样前24位，我们没法从IP地点举行推断，这是我们就须要另一参数叫做子网掩码。

所谓”子网掩码”，就是示意子收集特性的一个参数。它在情势上等同于IP地点，也是一个32位二进制数字，它的收集部份悉数为1，主机部份悉数为0。比方，IP地点172.16.254.1，假如已知收集部份是前24位，主机部份是后8位，那末子收集掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

晓得”子网掩码”，我们就可以推断，恣意两个IP地点是不是处在统一个子收集。要领是将两个IP地点与子网掩码离别举行AND运算（两个数位都为1，运算效果为1，不然为0），然后比较效果是不是雷同，假如是的话，就表明它们在统一个子收集中，不然就不是。

比方，已知IP地点172.16.254.1和172.16.254.233的子网掩码都是255.255.255.0，叨教它们是不是在统一个子收集？二者与子网掩码离别举行AND运算，效果都是172.16.254.0，因而它们在统一个子收集。

那末题目来了，IP地点放在那里存储呢？是的，我们可以直接存储在前面提到的以太网数据包的Data部份。

IP地点长如许：

“标头”部份主要包含版本、长度、IP地点等信息，”数据”部份则是IP数据包的细致内容。
如今把它加到以太网数据包内里：

IP数据包的”标头”部份的长度为20到60字节，悉数数据包的总长度最大为65,535字节。因而，理论上，一个IP数据包的”数据”部份，最长为65,515字节。前面说过，以太网数据包的”数据”部份，最长只需1500字节。因而，假如IP数据包凌驾了1500字节，它就须要支解成几个以太网数据包，离开发送了。

4.3 ARP协定

如今为止我们必需晓得两个地点，一个是IP地点，一个是Mac地点才把数据发送到目的主机，那末IP地点是已知的（后文诠释），MAC地点怎样猎取呢？

我们须要一种能经由历程IP地点得知MAC地点的机制，这个极致就是ARP协定。

那末，这里又分红两种状况，一种是两台计算机在统一个子收集，那末我们可以用ARP协定，获得对方的MAC地点。ARP协定也是发出一个数据包（包含在以太网数据包中），个中包含它所要查询主机的IP地点，在对方的MAC地点这一栏，填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，示意这是一个”播送”地点。它地点子收集的每一台主机，都邑收到这个数据包，从中掏出IP地点，与本身的IP地点举行比较。假如二者雷同，都做出复兴，向对方报告本身的MAC地点，不然就抛弃这个包。

另一种状况是两台计算机不在统一个子收集，
那末事实上没有办法获得对方的MAC地点，只能把数据包传送到两个子收集衔接处的”网关”（gateway），让网关（后文诠释）去处置惩罚。

4.4总结

这一层为止，假如目的主机和本机在统一个子收集，我们经由历程IP地点，子网掩码比较得出在统一个子收集的效果，在经由历程ARP协定获得目的主机的Mac地点，发送！Success！

假如目的主机和本机不在统一个子收集，我们经由历程IP地点，子网掩码比较得出在统一个子收集的效果，然后交给本收集的网关A处置惩罚，网关A依据路由协定获得目的主机地点子收集的网关B，网关B再经由历程IP地点推断得出和目的主机在统一个子收集，然后再经由历程ARP协定猎取Mac地点，发送！Success!

5. 传输层

该层的协定为运用历程供应端到端的通讯效劳。它供应面向衔接的数据流支撑、可靠性、流量掌握、多路复用等效劳。——传输层（维基百科）

5.1 传输层的发生

我们如今胜利的完成了主机和主机之间的通讯，那末题目又来了，主机之间差别的顺序该怎样辨别这个数据是不是是发送给本身的呢。要晓得，当你正在QQ谈天的时刻，微信发送过来的音讯内容呈如今了QQ界面，这会让计算机懵逼的！太杂沓了！

这个时刻我们就须要一个新的参数了！这个参数就是端口。

可衔接两个或两个以上差别之电路装配使之可以通报电子或任何情势讯号之装配.——端口（维基百科）

它实际上是每一个运用网卡的顺序的编号。每一个数据包都发到主机的特定端口，所以差别的顺序就可以取到本身所须要的数据。

差别的顺序在计算机中所占用的端口是差别的，确实的说是不能雷同的，不然就杂沓了。比方，HTTP所占用的端口平常是80，HTTPS所占用的端口平常是443。

端口是0到65535之间的一个整数，恰好16个二进制位。0到1023的端口被系统占用，用户只能选用大于1023的端口。不管是阅读网页照样在线谈天，运用顺序会随机选用一个端口，然后与效劳器的相应端口联络。

确实的说，传输层完成的是端对端的效劳，收集层完成的仅仅是主机到主机之间的效劳。只需一定主机和端口，我们就可以完成顺序之间的交换。因而，Unix系统就把主机+端口，叫做”套接字”（socket）。

5.2 UDP协定

如今又出了一个新的数据，就是端口信息。如今以太网数据包里已包含发送者，接收者信息，数据类型，IP地点数据包，UDp数据包。

UDP数据包一样是由标头和数据构成：

标头部份主要定义了发出端口和吸收端口，
数据部份定义了细致的内容。然后把它放在IP地点数据包的数据部份，前面我们说过IP数据包是放在以太网数据包的数据内里的，那末如今悉数以太网数据包就成了如许：

UDP数据包异常简朴，”标头”部份一共只需8个字节，总长度不凌驾65,535字节，一个IP数据包恰好可以包容。

5.3 TCP协定

为相识决这个题目，进步收集可靠性，TCP协定就降生了。这个协定异常庞杂，但可以近似认为，它就是有确认机制的UDP协定，每发出一个数据包都要求确认。假如有一个数据包丢失，就收不到确认，发出方就晓得有必要重发这个数据包了。

因而，TCP协定可以确保数据不会丢失。它的瑕玷是历程庞杂、完成难题、斲丧较多的资本。
TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的”数据”部份。TCP数据包没有长度限定，理论上可以无穷长，然则为了保证收集的效力，平常TCP数据包的长度不会凌驾IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包没必要再支解。

关于TCP协定的三次握手和四次挥手历程博主在收集协定剖析这篇博客里有较为细致的申明。

6. 运用层

运用层直接和运用顺序接口并供应罕见的收集运用效劳。 ——运用层（维基百科）

6.1 运用层引见

运用顺序收到”传输层”的数据，接下来就要举行解读。由于互联网是开放架构，数据泉源八门五花，必需事前划定好花样，不然基础没法解读。

“运用层”的作用，就是划定运用顺序的数据花样。

举例来说，TCP协定可认为林林总总的顺序通报数据，比方Email、WWW、FTP等等。那末，必需有差别协定划定电子邮件、网页、FTP数据的花样，这些运用顺序协定就构成了”运用层”。

这是最高的一层，直接面临用户。它的数据就放在TCP数据包的”数据”部份。因而，如今的以太网的数据包就变成下面如许：

上面买的坑改填了，我们前面说过，我们关于目的主机的IP地点一定晓得的，为何呢？另有就是当两台计算机不在统一个子收集的时刻，我们须要经由历程本机地点子收集的网关A，再经由历程路由协定获得目的主机子收集的网关B，由网关B将我们要发送给目的主机的数据包发送给目的主机。那末，网关又是什么呢？

6.2 DNS协定

我们都晓得由于IP地点不轻易影象，我们制造了域名这个观点。

DNS（网域称号系统，Domain Name System，偶然也简称为域名）是因特网的一项中心效劳，它作为可以将域名和IP地点互相映照的一个分布式数据库，可以使人更轻易的接见互联网，而不用去记着可以被机械直接读取的IP地点数串。

比方，damonare.cn是一个域名，和IP地点119.29.180.47相对应。DNS就像是一个自动的电话号码簿，我们可以直接拨打damonare的名字来替代电话号码（IP地点）。我们直接挪用网站的名字今后，DNS就会将便于人类运用的名字（如 damonare.cn）转化成便于机械辨认的IP地点（如119.29.180.47）。

已知DNS效劳器为8.8.8.8（这个和IP地点一样治理员示知或是经由历程自行设置的），因而我们向这个地点发送一个DNS数据包（53端口）：

DNS效劳器做出相应，通知我们Google的IP地点是172.194.72.105。因而，我们晓得了对方的IP地点。

6.2 网关

网关要区分于路由器（由于汗青的缘由，许多有关TCP/IP的文献曾把收集层运用的路由器（英语：Router）称为网关，在本日许多局域网采纳都是路由来接入收集，因而如今平常指的网关就是路由器的IP），常常在家庭中或许小型企业收集中运用，用于衔接局域网和Internet。

前面我们已说过发送以太网数据包，须要晓得两个地点：

• 对方的MAC地点

• 对方的IP地点

有了这两个地点，数据包才正确送到吸收者手中。然则，前面说过，MAC地点有局限性，假如两台电脑不在统一个子收集，就没法晓得对方的MAC地点，必需经由历程网关（gateway）转发。

上图中，1号电脑要向4号电脑发送一个数据包。它先推断4号电脑是不是在统一个子收集，效果发明不是（后文引见推断要领），因而就把这个数据包发到网关A。网关A经由历程路由协定，发明4号电脑位于子收集B，又把数据包发给网关B，网关B再转发到4号电脑。

6.3 DHCP协定

新买的电脑平常你必需做一些设置，才上网，偶然，治理员（或许ISP）会通知你下面四个参数，你把它们填入操作系统，计算机就可以连上网了：

• 本机的IP地点

• 子网掩码

• 网关的IP地点

• DNS的IP地点

由于它们是给定的，计算机每次开机，都邑分到一样的IP地点，所以这类状况被称作”静态IP地点上网”。如下图Window静态IP上网设置界面：

如许的设置很专业，但普通用户望而却步，而且假如一台电脑的IP地点坚持稳定，其他电脑就不能运用这个地点，不够天真。出于这两个缘由，大多数用户运用”动态IP地点上网”。

动态IP地点上网运用的协定就是DHCP协定，这个协定划定，每一个子收集中，有一台计算机担任治理本收集的一切IP地点，它叫做”DHCP效劳器”。新的计算机到场收集，必需向”DHCP效劳器”发送一个”DHCP要求”数据包，请求IP地点和相干的收集参数。

前面说过，假如两台计算机在统一个子收集，必需晓得对方的MAC地点和IP地点，才发送数据包。然则，新到场的计算机不晓得这两个地点，怎样发送数据包呢？

DHCP协定做了一些奇妙的划定。

起首DHCP协定是竖立在UDP协定之上，所以悉数数据包是如许的：

• (1).最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地点和吸收方（DHCP效劳器）的MAC地点。前者就是本机网卡的MAC地点，后者这时候不晓得，就填入一个播送地点：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

• (2).背面的”IP标头”，设置发出方的IP地点和吸收方的IP地点。这时候，关于这二者，本机都不晓得。因而，发出方的IP地点就设为0.0.0.0，吸收方的IP地点设为255.255.255.255。

• (3).末了的”UDP标头”，设置发出方的端口和吸收方的端口。这一部份是DHCP协定划定好的，发出方是68端口，吸收方是67端口。

这个数据包组织完成后，就可以够发出了。以太网是播送发送，统一个子收集的每台计算机都收到了这个包。由于吸收方的MAC地点是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必需剖析这个包的IP地点，才一定是不是是发给本身的。当看到发出方IP地点是0.0.0.0，吸收方是255.255.255.255，因而DHCP效劳器晓得”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以够抛弃这个包。

接下来，DHCP效劳器读出这个包的数据内容，分派好IP地点，发送归去一个”DHCP相应”数据包。这个相应包的构造也是相似的，以太网标头的MAC地点是两边的网卡地点，IP标头的IP地点是DHCP效劳器的IP地点（发出方）和255.255.255.255（吸收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（吸收方），分派给要求端的IP地点和本收集的细致参数则包含在Data部份。

新到场的计算机收到这个相应包，因而就晓得了本身的IP地点、子网掩码、网关地点、DNS效劳器等等参数。

6.4 小结

运用层比较主要的协定另有赫赫有名的HTTP协定，这个在博主的收集协定剖析这篇博客里关于TCP/HTTP协定有较为细致的剖析，在这里就不多做引见了。

跋文

经由历程整篇博客剖析，我想悉数互联网的层级离别就很清晰了，也应当邃晓了数据是怎样发送的，也许的历程就是云云，但互联网协定不计其数究极终身能够也没法真正明白。此篇博客仅仅作为一个入门，也算是一个大抵的思绪。关于数据包数据细致的情势，路由，以及其他协定就须要读者本身去进一步挖掘明白了。

参考文章：

• 互联网协定入门（一）