網際網路協議入門（二）

這是從設計者的角度看問題，今天我想切換到使用者的角度，看看使用者是如何從上至下，與這些協議互動的。

網際網路協議入門（二）

（接上文）

七、乙個小結

先對前面的內容，做乙個小結。

我們已經知道，網路通訊就是交換資料報。電腦a向電腦b傳送乙個資料報，後者收到了，回覆乙個資料報，從而實現兩台電腦之間的通訊。資料報的結構，基本上是下面這樣：

* 對方的mac位址

* 對方的ip位址

上圖中，1號電腦要向4號電腦傳送乙個資料報。它先判斷4號電腦是否在同乙個子網路，結果發現不是（後文介紹判斷方法），於是就把這個資料報發到閘道器a。閘道器a通過路由協議，發現4號電腦位於子網路b，又把資料報發給閘道器b，閘道器b再**到4號電腦。

場景資料報位址

同乙個子網路

對方的mac位址，對方的ip位址

非同乙個子網路

閘道器的mac位址，對方的ip位址

傳送資料報之前，電腦必須判斷對方是否在同乙個子網路，然後選擇相應的mac位址。接下來，我們就來看，實際使用中，這個過程是怎麼完成的。

八、使用者的上網設定

8.1 靜態ip位址

你買了一台新電腦，插上網線，開機，這時電腦能夠上網嗎？

通常你必須做一些設定。有時，管理員（或者isp）會告訴你下面四個引數，你把它們填入作業系統，計算機就能連上網了：

* 本機的ip位址

* 子網掩碼

* 閘道器的ip位址

* dns的ip位址

這四個引數缺一不可，後文會解釋為什麼需要知道它們才能上網。由於它們是給定的，計算機每次開機，都會分到同樣的ip位址，所以這種情況被稱作"靜態ip位址上網"。

但是，這樣的設定很專業，普通使用者望而生畏，而且如果一台電腦的ip位址保持不變，其他電腦就不能使用這個位址，不夠靈活。出於這兩個原因，大多數使用者使用"動態ip位址上網"。

8.2 動態ip位址

所謂"動態ip位址"，指計算機開機後，會自動分配到乙個ip位址，不用人為設定。它使用的協議叫做dhcp協議。

這個協議規定，每乙個子網路中，有一台計算機負責管理本網路的所有ip位址，它叫做"dhcp伺服器"。新的計算機加入網路，必須向"dhcp伺服器"傳送乙個"dhcp請求"資料報，申請ip位址和相關的網路引數。

前面說過，如果兩台計算機在同乙個子網路，必須知道對方的mac位址和ip位址，才能傳送資料報。但是，新加入的計算機不知道這兩個位址，怎麼傳送資料報呢？

dhcp協議做了一些巧妙的規定。

8.3 dhcp協議

首先，它是一種應用層協議，建立在udp協議之上，所以整個資料報是這樣的：

（2）後面的"ip標頭"，設定發出方的ip位址和接收方的ip位址。這時，對於這兩者，本機都不知道。於是，發出方的ip位址就設為0.0.0.0，接收方的ip位址設為255.255.255.255。

（3）最後的"udp標頭"，設定發出方的埠和接收方的埠。這一部分是dhcp協議規定好的，發出方是68埠，接收方是67埠。

這個資料報構造完成後，就可以發出了。乙太網是廣播傳送，同乙個子網路的每台計算機都收到了這個包。因為接收方的mac位址是ff-ff-ff-ff-ff-ff，看不出是發給誰的，所以每台收到這個包的計算機，還必須分析這個包的ip位址，才能確定是不是發給自己的。當看到發出方ip位址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，於是dhcp伺服器知道"這個包是發給我的"，而其他計算機就可以丟棄這個包。

接下來，dhcp伺服器讀出這個包的資料內容，分配好ip位址，傳送回去乙個"dhcp響應"資料報。這個響應包的結構也是類似的，乙太網標頭的mac位址是雙方的網絡卡位址，ip標頭的ip位址是dhcp伺服器的ip位址（發出方）和255.255.255.255（接收方），udp標頭的埠是67（發出方）和68（接收方），分配給請求端的ip位址和本網路的具體引數則包含在data部分。

新加入的計算機收到這個響應包，於是就知道了自己的ip位址、子網掩碼、閘道器位址、dns伺服器等等引數。

8.4 上網設定：小結

* 本機的ip位址

* 子網掩碼

* 閘道器的ip位址

* dns的ip位址

九、乙個例項：訪問網頁

9.1 本機引數

這意味著，瀏覽器要向google傳送乙個網頁請求的資料報。

9.2 dns協議

dns協議可以幫助我們，將這個**轉換成ip位址。已知dns伺服器為8.8.8.8，於是我們向這個位址傳送乙個dns資料報（53埠）。

然後，dns伺服器做出響應，告訴我們google的ip位址是172.194.72.105。於是，我們知道了對方的ip位址。

9.3 子網掩碼

接下來，我們要判斷，這個ip位址是不是在同乙個子網路，這就要用到子網掩碼。

已知子網掩碼是255.255.255.0，本機用它對自己的ip位址192.168.1.100，做乙個二進位制的and運算（兩個數字都為1，結果為1，否則為0），計算結果為192.168.1.0；然後對google的ip位址172.194.72.105也做乙個and運算，計算結果為172.194.72.0。這兩個結果不相等，所以結論是，google與本機不在同乙個子網路。

因此，我們要向google傳送資料報，必須通過閘道器192.168.1.1**，也就是說，接收方的mac位址將是閘道器的mac位址。

9.4 應用層協議

瀏覽網頁用的是http協議，它的整個資料報構造是這樣的：

http部分的內容，類似於下面這樣：

我們假定這個部分的長度為4960位元組，它會被嵌在tcp資料報之中。

9.5 tcp協議

tcp資料報需要設定埠，接收方（google）的http埠預設是80，傳送方（本機）的埠是乙個隨機生成的1024-65535之間的整數，假定為51775。

tcp資料報的標頭長度為20位元組，加上嵌入http的資料報，總長度變為4980位元組。

9.6 ip協議

然後，tcp資料報再嵌入ip資料報。ip資料報需要設定雙方的ip位址，這是已知的，傳送方是192.168.1.100（本機），接收方是172.194.72.105（google）。

ip資料報的標頭長度為20位元組，加上嵌入的tcp資料報，總長度變為5000位元組。

9.7 乙太網協議

最後，ip資料報嵌入乙太網資料報。乙太網資料報需要設定雙方的mac位址，傳送方為本機的網絡卡mac位址，接收方為閘道器192.168.1.1的mac位址（通過arp協議得到）。

乙太網資料報的資料部分，最大長度為1500位元組，而現在的ip資料報長度為5000位元組。因此，ip資料報必須分割成四個包。因為每個包都有自己的ip標頭（20位元組），所以四個包的ip資料報的長度分別為1500、1500、1500、560。

9.8 伺服器端響應

經過多個閘道器的**，google的伺服器172.194.72.105，收到了這四個乙太網資料報。

根據ip標頭的序號，google將四個包拼起來，取出完整的tcp資料報，然後讀出裡面的"http請求"，接著做出"http響應"，再用tcp協議發回來。

本機收到http響應以後，就可以將網頁顯示出來，完成一次網路通訊。

這個例子就到此為止，雖然經過了簡化，但它大致上反映了網際網路協議的整個通訊過程。

（完）

網際網路協議入門（二）

這是從設計者的角度看問題，今天我想切換到使用者的角度，看看使用者是如何從上至下，與這些協議互動的。網際網路協議入門 二 接上文 七 乙個小結 先對前面的內容，做乙個小結。我們已經知道，網路通訊就是交換資料報。電腦a向電腦b傳送乙個資料報，後者收到了，回覆乙個資料報，從而實現兩台電腦之間的通訊。資料報...

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