互联网协议入门下.docx

1、互联网协议入门下互联网协议入门(下)上一篇文章分析了互联网的总体构思，从下至上，每一层协议的设计思想。这是从设计者的角度看问题，今天我想切换到用户的角度，看看用户是如何从上至下，与这些协议互动的。七、一个小结先对前面的内容，做一个小结。我们已经知道，网络通信就是交换数据包。电脑A向电脑B发送一个数据包，后者收到了，回复一个数据包，从而实现两台电脑之间的通信。数据包的结构，基本上是下面这样：发送这个包，需要知道两个地址： * 对方的MAC地址 * 对方的IP地址有了这两个地址，数据包才能准确送到接收者手中。但是，前面说过，MAC地址有局限性，如果两台电脑不在同一个子网络，就无法知道对方的MAC地

2、址，必须通过“网关”(gateway)转发。左图中，1号电脑要向4号电脑发送一个数据包。它先判断4号电脑是否在同一个子网络，结果发现不是(后文介绍判断方法)，于是就把这个数据包发到网关A。网关A通过路由协议，发现4号电脑位于子网络B，又把数据包发给网关B，网关B再转发到4号电脑。1号电脑把数据包发到网关A，必须知道网关A的MAC地址。所以，数据包的目标地址，实际上分成两种情况：场景数据包地址同一个子网络对方的MAC地址，对方的IP地址非同一个子网络网关的MAC地址，对方的IP地址发送数据包之前，电脑必须判断对方是否在同一个子网络，然后选择相应的MAC地址。接下来，我们就来看，实际使用中，这个过

3、程是怎么完成的。八、用户的上网设置8.1 静态IP地址你买了一台新电脑，插上网线，开机，这时电脑能够上网吗？通常你必须做一些设置。有时，管理员(或者ISP)会告诉你下面四个参数，你把它们填入操作系统，计算机就能连上网了：* 本机的IP地址 * 子网掩码 * 网关的IP地址 * DNS的IP地址下图是Windows系统的设置窗口。这四个参数缺一不可，后文会解释为什么需要知道它们才能上网。由于它们是给定的，计算机每次开机，都会分到同样的IP地址，所以这种情况被称作“静态IP地址上网”。但是，这样的设置很专业，普通用户望而生畏，而且如果一台电脑的IP地址保持不变，其他电脑就不能使用这个地址，不够灵活

4、。出于这两个原因，大多数用户使用“动态IP地址上网”。8.2 动态IP地址所谓“动态IP地址”，指计算机开机后，会自动分配到一个IP地址，不用人为设定。它使用的协议叫做“DHCP协议”。这个协议规定，每一个子网络中，有一台计算机负责管理本网络的所有IP地址，它叫做“DHCP服务器”。新的计算机加入网络，必须向“DHCP服务器”发送一个“DHCP请求”数据包，申请IP地址和相关的网络参数。前面说过，如果两台计算机在同一个子网络，必须知道对方的MAC地址和IP地址，才能发送数据包。但是，新加入的计算机不知道这两个地址，怎么发送数据包呢？DHCP协议做了一些巧妙的规定。8.3 DHCP协议首先，它是

5、一种应用层协议，建立在UDP协议之上，所以整个数据包是这样的：(1)最前面的“以太网标头”，设置发出方(本机)的MAC地址和接收方(DHCP服务器)的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。(2)后面的“IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。(3)最后的“UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。这个数据包构造

6、完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是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，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道“这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个“DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址

7、(发出方)和255.255.255.255(接收方)，UDP标头的端口是67(发出方)和68(接收方)，分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数。8.4 上网设置：小结这个部分，需要记住的就是一点：不管是“静态IP地址”还是“动态IP地址”，电脑上网的首要步骤，是确定四个参数。这四个值很重要，值得重复一遍：* 本机的IP地址 * 子网掩码 * 网关的IP地址 * DNS的IP地址有了这几个数值，电脑就可以上网“冲浪”了。接下来，我们来看一个实例，当用户访问网页的时候，互联网协

8、议是怎么运作的。九、访问网页9.1 本机参数我们假定，经过上一节的步骤，用户设置好了自己的网络参数： * 本机的IP地址：192.168.1.100* 子网掩码：255.255.255.0* 网关的IP地址：192.168.1.1* DNS的IP地址：8.8.8.8然后他打开浏览器，想要访问XX，在地址栏输入了网址：“”这意味着，浏览器要向XX发送一个网页请求的数据包。9.2 DNS协议我们知道，发送数据包，必须要知道对方的IP地址。但是，现在，我们只知道网址“”，不知道它的IP地址。DNS协议可以帮助我们，将这个网址转换成IP地址。已知DNS服务器为8.8.8.8，于是我们向这个地址发送一个

9、DNS数据包(53端口)。然后，DNS服务器做出响应，告诉我们XX的IP地址是115.239.210.26。于是，我们知道了对方的IP地址。9.3 子网掩码接下来，我们要判断，这个IP地址是不是在同一个子网络，这就要用到子网掩码。已知子网掩码是255.255.255.0，本机用它对自己的IP地址192.168.1.100，做一个二进制的AND运算(两个数位都为1，结果为1，否则为0)，计算结果为192.168.1.0；然后对XX的IP地址115.239.210.26也做一个AND运算，计算结果为172.194.72.0。这两个结果不相等，所以结论是，XX与本机不在同一个子网络。因此，我们要向X

10、X发送数据包，必须通过网关192.168.1.1转发，也就是说，接收方的MAC地址将是网关的MAC地址。9.4 应用层协议浏览网页用的是HTTP协议，它的整个数据包构造是这样的：HTTP部分的内容，类似于下面这样： GET / HTTP/1.1Host: www.XX.comConnection: keep-aliveUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) .Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8Accept-Encoding: gzip,defla

11、te,sdchAccept-Language: zh-CN,zh;q=0.8Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3Cookie: . .我们假定这个部分的长度为4960字节，它会嵌在TCP数据包中。9.5 TCP协议TCP数据包需要设置端口，接收方(XX)的HTTP端口默认是80，发送方(本机)的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。9.6 IP协议然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是1

12、92.168.1.100(本机)，接收方是172.194.72.105(XX)。IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。9.7 以太网协议最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址(通过ARP协议得到)。以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头(20字节)，所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。9.8 服务器端响应经过多个网关的转发，XX的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。根据IP标头的序号，XX将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的“HTTP请求”，接着做出“HTTP响应”，再用TCP协议发回来。本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。这个例子就到此为止，虽然经过了简化，但它大致上反映了互联网协议的整个通信过程。