网络协议与层

互联网层与协议关系

互联网的实现分为好几层，每一层都是为了实现某一类的功能，在实现这些功能的时候，我们就需要一些规则。而大家都遵守的规则就是协议。
互联网的每一层都有很多的协议，这些总称‘互联网协议’。下面介绍每一层的功能和实现功能的协议。这里分为5层来讲。通过回答5个W以及功能来更通俗易懂的介绍。

1. 实体层

a. 什么是实体层？怎么做？

电脑与电脑的连接，我们可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。这就叫实体层。简言之：通过物理手段连接电脑。

b. 功能？

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。

2. 链接层

a. 什么是链接层？功能？

单纯的0和1没有任何意义，这就是链接层，这就是"链接层"的功能，确定了0和1的分组方式。

b. 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？

以太网协议
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

c. 发送者和接受者是如何标识呢？

MAC地址
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。MAC地址是独一无二的。

d. 一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址？

ARP协议
从IP地址得到MAC地址。

广播
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。(数据包标头有接受者的数据说明)

3. 网络层

a. 网络层的出现？作用？

以太网采用广播方式发送数据包，所有成员人手一"包"，不仅效率低，而且局限在发送者所在的子网络。互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络。因此，必须找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用"路由"方式发送。
这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"。

b. 结果？

"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。

c. 网络地址怎么分配？

规定网络地址的协议，叫做IP协议。规定，网络地址由32个二进制位组成
习惯上，我们用分成四段的十进制数表示IP地址，从0.0.0.0一直到255.255.255.255。地址分成两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。

地址分类
A类地址：10.0.0.0--10.255.255.255
B类地址：172.16.0.0--172.31.255.255
C类地址：192.168.0.0–192.168.255.255
IP地址范围：0.0.0.0——255.255.255.255
内网地址：a,b,c类地址都是内网地址
除了 abc 其他都是外网ip

d. 怎样才能从IP地址，判断两台计算机是否属于同一个子网络呢？

这就要用到另一个参数"子网掩码"。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。知道"子网掩码"，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

e. ip协议作用？

IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络

f. ip数据包？

IP协议发送的数据，就叫做IP数据包,IP数据包也分为"标头"和"数据"两个部分。"标头"部分主要包括版本、长度、IP地址等信息，"数据"部分则是IP数据包的具体内容。

4. 传输层

a. 传输层的由来？

同一台主机上有许多程序都需要用到网络,你一边浏览网页，一边与朋友在线聊天。当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？
也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用,这个参数就叫做"端口"（port）。
"传输层"的功能，就是建立"端口到端口"的通信。相比之下，"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。

b. 端口怎么加入？

UDP协议
UDP数据包，也是由"标头"和"数据"两部分组成
"标头"部分主要定义了发出端口和接收端口,"数据"部分就是具体的内容

c. UDP协议的优点是比较简单，容易实现，但是缺点是可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到?

TCP协议
TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

5. 应用层

"应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式。
这是最高的一层，直接面对用户。它的数据就放在TCP数据包的"数据"部分。因此，现在的以太网的数据包就变成下面这样。

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