五(七)层互联网协议(计算机网络)深入浅出,看完必懂【图文一】

我们每天使用互联网,你是否想过,它是如何实现的?

全世界几十亿台电脑,连接在一起,两两通信。上海的某一块网卡送出信号,洛杉矶的另一块网卡居然就收到了,两者实际上根本不知道对方的物理位置,你不觉得这是很神奇的事情吗?

互联网的核心是一系列协议,总称为”互联网协议”(Internet Protocol Suite)。它们对电脑如何连接和组网,做出了详尽的规定。理解了这些协议,就理解了互联网的原理。

下面就是我的学习笔记。因为这些协议实在太复杂、太庞大,我想整理一个简洁的框架,帮助自己从总体上把握它们。为了保证简单易懂,我做了大量的简化,有些地方并不全面和精确,但是应该能够说清楚互联网的原理。

互联网协议入门

一、概述

1.1 五层模型

互联网的实现,分成好几层。每一层都有自己的功能,就像建筑物一样,每一层都靠下一层支持。 用户接触到的,只是最上面的一层,根本没有感觉到下面的层。要理解互联网,必须从最下层开始,自下而上理解每一层的功能。 如何分层有不同的模型,有的模型分七层,有的分四层。我觉得,把互联网分成五层,比较容易解释。

如上图所示,最底下的一层叫做”实体层”(Physical Layer),最上面的一层叫做”应用层”(Application Layer),中间的三层(自下而上)分别是”链接层”(Link Layer)、”网络层”(Network Layer)和”传输层”(Transport Layer)。越下面的层,越靠近硬件;越上面的层,越靠近用户。

它们叫什么名字,其实并不重要。只需要知道,互联网分成若干层就可以了。

1.2 层与协议

每一层都是为了完成一种功能。为了实现这些功能,就需要大家都遵守共同的规则。

大家都遵守的规则,就叫做“协议”(protocol)

互联网的每一层,都定义了很多协议。这些协议的总称,就叫做”互联网协议”(Internet Protocol Suite)。它们是互联网的核心,下面介绍每一层的功能,主要就是介绍每一层的主要协议。

二、实体层

我们从最底下的一层开始。 电脑要组网,第一件事要干什么?当然是先把电脑连起来,可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。

这就叫做”实体层”,它就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性,作用是负责传送0和1的电信号。

三、链接层(以太网协议,MAC地址,广播)

3.1 定义

单纯的0和1没有任何意义,必须规定解读方式:多少个电信号算一组?每个信号位有何意义? 这就是”链接层”的功能,它在”实体层”的上方,确定了0和1的分组方式。

3.2 以太网协议

早期的时候,每家公司都有自己的电信号分组方式。逐渐地,一种叫做“以太网”(Ethernet)的协议,占据了主导地位。 以太网规定,一组电信号构成一个数据包,叫做”帧”(Frame)。每一帧分成两个部分:标头(Head)和数据(Data)。

“标头”包含数据包的一些说明项,比如发送者、接受者、数据类型等等;”数据”则是数据包的具体内容。 “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。因此,整个”帧”最短为64字节,最长为1518字节。如果数据很长,就必须分割成多个帧进行发送。

3.3 MAC地址

上面提到,以太网数据包的”标头”,包含了发送者和接受者的信息。那么,发送者和接受者是如何标识呢? 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,这叫做MAC地址。

每块网卡出厂的时候,都有一个全世界独一无二的MAC地址,长度是48个二进制位,通常用12个十六进制数表示。

前6个十六进制数是厂商编号,后6个是该厂商的网卡流水号。有了MAC地址,就可以定位网卡和数据包的路径了。

3.4 广播

定义地址只是第一步,后面还有更多的步骤。 首先,一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址?

回答是有一种ARP协议,可以解决这个问题。这个留到后面介绍,这里只需要知道,以太网数据包必须知道接收方的MAC地址,然后才能发送。

其次,就算有了MAC地址,系统怎样才能把数据包准确送到接收方?

回答是以太网采用了一种很”原始”的方式,它不是把数据包准确送到接收方,而是向本网络内所有计算机发送,让每台计算机自己判断,是否为接收方。

上图中,1号计算机向2号计算机发送一个数据包,同一个子网络的3号、4号、5号计算机都会收到这个包。它们读取这个包的”标头”,找到接收方的MAC地址,然后与自身的MAC地址相比较,如果两者相同,就接受这个包,做进一步处理,否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做“广播”(broadcasting)

有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式,”链接层”就可以在多台计算机之间传送数据了。 。。。

接下来是网络层,传输层和应用层,由于简书篇幅有限制,只能分为两篇文章来写了,不好意思哈! 下篇链接:五(七)层互联网协议(计算机网络)深入浅出,看完必懂【图文二】

参考链接:互联网协议入门(一)-阮一峰

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏鹅厂网事

高性能网关设备及服务实践

针对海量的网络流量,转发性能是我们最关键的一个方面,那构建高性能的后台服务器有哪些关键的技术和需要注意的地方。

8358
来自专栏彭湖湾的编程世界

【计算机网络】网络层学习笔记:总结IP,NAT和DHCP

前言:这篇文章是学习网络层协议时候总结的笔记,前面的主要部分介绍的都是IP协议, 后半部分介绍NAT协议和DHCP协议 参考书籍 《计算机网络-自顶向下》   ...

2675
来自专栏SDNLAB

Mininet搭建多控制器拓扑

Mininet是一款非常轻巧但是功能很强大的网络模拟器。网络研究者可以使用Mininet创建支持OpenFlow的SDN拓扑。随着SDN研究的发展,多控制器协作...

5636
来自专栏机器人网

终于全了!ABB机器人学习资料

? 1、安全 自动模式中,任何人不得进入机器人工作区域 长时间待机时,夹具上不宜放置任何工件。 机器人动作中发生紧急情况或工作不正常时,均可使用E-stop键...

4053
来自专栏进击的程序猿

袖珍分布式系统(四)

本文是Distributed systems for fun and profit的第四部分,本文是阅读该文后的一些记录。

862
来自专栏SDNLAB

SDN实战团分享(二十一):ONOS开发实战之OVS Manager(Bootcamp 2016)

Agenda: 1.ONOS整体架构简介、ONOS子系统架构简介 2.App应用代码框架、运行机制简介 3.OVS Manager需求及技术分析 4.OVS ...

7049
来自专栏QQ音乐技术团队的专栏

Unity For Android Cardboard App ( 1 ):基础入门

本文针对的 VR 设备是 Cardboard,主要阐述的是如何在 Unity 环境下开发 VR 场景,实现视线与物体的简单交互。

3450
来自专栏北京马哥教育

一秒内诊断 Linux 服务器的性能

60,000 毫秒内对 Linux 的性能诊断 当你为了解决一个性能问题登录到一台 Linux 服务器:在第一分钟你应该检查些什么? 在 Netflix,我们有...

3756
来自专栏三丰SanFeng

浅谈UDP(数据包长度,收包能力,丢包及进程结构选择)

udp 数据包的理论长度是多少,合适的 udp 数据包应该是多少呢?

6939
来自专栏北京马哥教育

你真的掌握lvs工作原理吗?

lvs介绍 LVS(Linux Virtual Server 虚拟服务器):是一个虚拟的四层路由交换器集群系统,根据目标地址和目标端口实现用户请求转发。 lv...

5877

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券