Internet Protocol

参考：互联网协议入门(阮一峰)

 

• Application Layer
• Transport Layer
• Network Layer
• Link Layer
• Physical Layer

越上面的层越接近用户，越下面的层越接近硬件。

 

从下往上:

• Physical Layer

物理层，所有0/1的数据。

• Link Layer

Ethernet协议，规定Physical Layer中的0/1按一定规则组成数据包(Frame)：Head(固定为18 byte，包含了发送者、接收者等信息)和Data(长度为48到1500 byte不等，故每个Frame整体长度为64-1518 byte)两部分，数据超出包的长度则分开几个包发送。

 

MAC address：由Ethernet定义的，接入Internet的pc必须有网卡接口，这个网卡有全球唯一的标识，即MAC地址。MAC由48位二进制数组成(即12位十六进制数)，如15-8A-C4-82-F1-1D，其中前6位十六进制数表示厂家信息，后6位为流水号。

 

两台pc的MAC确定了receiver和sender，然而中间的过程需要ARP协议来进行传输。Sender在其子网络中，以broadcasting的形式来发送数据。

• Network Layer

MAC定义的只是物理的地址，在整个Internet中，需要另外的信息来确定pc所在的网络(需要使用"路由"的方式而非"广播"的方式)。

 

IP address，是与MAC没有联系的网络地址协议。由4组，每组8位(共32位)二进制数表示( 或分成四段的十进制数 )。

 

在IPV4中要查看两个IP是否属于同一个子网络，可通过子网掩码(255.255.255.0的形式，255对应二进制11111111,0对应二进制00000000)。
通过子网掩码中部分位数分别与两个IP地址进行与(AND)运算。说白了就是已知网络部分相同即可。

 

IP数据包(IP Datagram)，同样分为Head和Data两部分，其中Head包含了IP地址、长度、版本等信息，长度为20~60 byte，整个包(Head+Data)最长65535(2^16 - 1) byte。IP数据包整体包含于Ethernet包(Frame)的Data部分中，如果长度超出(Frame的Data部分最多1500 byte)，则分割成几部分发送。

 

• Transport Layer

在Network Layer和Link Layer中已经定义了IP地址和MAC地址，也就是说实现了主机与主机间的communication，但是收到Frame(MAC + IP Info)后，计算机并不知道这些数据要用在哪里。为了让计算机搞清楚这个Frame对应的程序，需要带上port的信息。即是Transport Layer实现的是port与port之间的communication.

 

实现在Frame中加入port信息的protocol有两种：UDP和TCP. 两种数据包的组成都是Head+Data的形式，Head带有port的信息，整个UDP/TCP数据包包含在Network Layer的IP Datagram的Data部分。

 

UDP：Head仅有8 byte，总长度不超过65535 byte，正好放进一个IP Datagram中。UDP包发出后不会确认对方是否收到。

 

TCP：总长度理论上无长度限制，但为了网络传输效率，最好不超过IP Datagram的Data长度。此外与UDP不同的是对方接收到数据后会进行确认，若发送失败则重新发送，因此安全性比UDP好，同时也更复杂和消耗更多资源。

 

Unix 系统中将host+port的形式称为socket。

 

• Application Layer

通过Transport Layer，某个Application已经收到了它所需要的数据包，然后它需要解读这个数据包。因此Application Layer的数据包的内容就是这次数据传输中最核心的数据本身(我说的)，也就是TCP or UDP数据包中的Data部分，而Application Layer则定义了这些数据应该是怎么一个形式(email, www, ftp etc)，好让该application进行解读。因此这是直接面对用户的一层。

 

 

总结：

  

Questions:

1.为什么IP数据包的最长为65535 byte？

A：IP Datagram总长度为16 byte, 故总最大值为2^16 - 1 = 65535 byte。

 

2.如果要将1个IP数据包的内容分割成几个Frame(Ethernet数据包)，那么分割的每个Frame 是否都包含相同的Datagram?