互联网协议初探

如今的互联网四通八达，那么传输数据的时候怎么样才能保证点对点的传输完成呢？传输的数据流格式又怎么保证呢？

比如说我对于另一台电脑发送一条长为100字节的信息，那么那些字节是表示接受方的ip及端口这些东西呢？这就需要一个统一的规定。互联网协议就是干的这些事。

首先我们了解一下互联网传输大概可以分成5层。

实体层--连接层--网络层--传输层--应用层

实体层：就是直接拉网线连接之类的物理手段，用于传输电信号。

连接层：光有电信号没用，要对这些信号做出一定规定才能使这些信号有意义。现在连接层的主要协议是“以太网”协议，以太网协议将电信号规定成两部分，标头和数据。数据就是你要传输的东西，标头上就是储存了发送者，接受者，数据类型的信息。以太网协议规定一组电信号构成一个包，即标头加数据。标头占固定18字节，数据的长度最短46，最长1500字节。那么在连接层是怎么确定发送者和接受者的呢？就是依据你电脑网卡的mac地址确定的。每块网卡出厂时都会带有一个唯一的mac地址，长度为48个二进制位，常用12个十六进制数表示，如：4A-2B-32-AC-10-0A。有了mac地址就能确定每个包是谁发给谁的了。所以以太网发送信息必须知道另一块网卡的mac地址。

网络层：知道了mac地址，但是互联网仍然不知道某一个包到底要发给哪台电脑。这怎么办？这时网络采用了很原始的办法，向每一台计算机都发送一个包，让你计算机自己判断是否丢弃这个包（广播的发送方式）。如果计算机A收到了一个给B的包，这时A发现接受者的mac地址和自己不一致，就会丢弃掉这个包。但是显而易见这种方式效率是十分低下的，并且一个子网络只能向同一个子网络发包。所以这个时候就引入了网络地址（网址），网址与mac地址完全无关。假使A要向B发送一个包，如果A和B在一个子网络里，就通过广播发送，否则就经由网关路由发送。规定网络地址的协议就叫ip协议。目前泛用的是第四版，即 ipv4 协议。ipv4协议规定IP地址长为32个二进制位，常用4个十进制数表示如 ：192.168.1.104。不过现在网络地址数量有些吃紧，所以 ipv6 也慢慢开始用起来了。ipv6使用的是128位的地址，可以用8组4位十六进制数表示如：2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344。IP地址分两部分，网络部分和主机部分，两个主机如果在同一个子网络内，他们的网络部分一定是相同的。那么我们怎么确定前几位是网络部分呢？为了解决这个问题引入了子网掩码的概念。子网掩码是一段连续1和一段连续0组成的，要获取主机所在子网络只用将ip地址与子网掩码进行与运算即可。要通过ip协议传输信息的话，那么数据包内一定要包含ip地址，而IP包也包含标头和数据两部分，实际上这时ip包就相当于以太网包的数据。简言之这时一个包的组成就是 以太网标头 + ip标头 + 数据 这种结构了。IP包的标头是20到60字节，整个ip包的长度为65535字节，而以太网包的数据最长只有1500字节，所以如果ip包过大的话会自动进行分片发送。

　　有了网络层，主机的信息交换就可以完成了。等等，还有一个问题，一般来说计算机A要发送信息给B，那么A是知道B的ip地址的（网址如“www.baidu.com”这种格式由于dns协议，经过dns的解析之后还是一个ip地址），但是A一般是不会知道B的mac地址的。这里就有一个新协议arp协议，arp协议可以允许通过ip地址查询mac地址。如果两个主机不是在一个子网络的话就发给网关进行处理，如果在同一个子网络的话就会发送一个标头内包含接受者IP地址和mac地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的包，表示这是一个广播地址。这时这个子网络中每一个主机都会取出ip地址与自己的ip比较，如果相同的话就返回一个包含自己mac地址的包，否则丢弃。

传输层： 光有主机之间的通信还不够。一台主机上可能同时运行了很多个应用程序，主机A接受到了一个包，它怎么知道这个包是给哪个应用的呢？也就是说我们还需要另一个表示不同应用的信息，这个信息就是端口号。端口号是0到65535间的一个整数，其中0到1023的端口是系统端口，用户只能选用其他端口。

　　针对端口常见的有udp协议和tcp协议。

　　udp协议比较简单，就是直接将ip包内的数据里嵌入一个端口号相关的地址，也是长成 标头 + 数据 的这种结构。由于这种简单的结构，udp包的发送不需要两个主机间建立起稳定的连接，同样的udp包发送后无法确认对方是否成功接受。就是说udp包就是 我给你发包，与你无关 这种感觉。而tcp的结构也是 标头 + 数据 ，但是tcp的标头就要复杂一些。具体内容我还不清楚，不过tcp包发送很安全，可以确认对方是否接受到，并且接受乱序也影响不大，因为tcp包可以自己调整顺序。udp包可以正好放入一个ip包，而tcp包理论可以无限长，但是过长的话还是要分片发送的。

应用层 ：应用层的协议就五花八门了，主要是规范 udp/tcp 包里数据的格式，根据应用程序的不同采取的协议也可能不同。