程序员内功修炼 计算机网络 互联⽹协议⼊⻔（下）
内容导读
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内容图文
上?篇?章分析了互联?的总体构思，从下?上，每?层协议的设计思想。
这是从设计者的?度看问题，今天我想切换到?户的?度，看看?户是如何从上?下，与这些协议互动的。
目录
1、?个?结
先对前?的内容，做?个?结。
我们已经知道，?络通信就是交换数据包。电脑A向电脑B发送?个数据包，后者收到了，回复?个数据包，从?实现两台电脑之间的通信。数据包的结构，基本上是下?这样：
发送这个包，需要知道两个地址：
(1) 对?的MAC地址
(2) 对?的IP地址
有了这两个地址，数据包才能准确送到接收者?中。但是，前?说过，MAC地址有局限性，如果两台电脑不在同?个??络，就?法知道对?的MAC地址，必须通过?关（gateway）转发。
上图中，1号电脑要向4号电脑发送?个数据包。它先判断4号电脑是否在同?个??络，结果发现不是（后?介绍判断?法），于是就把这个数据包发到?关A。?关A通过路由协议，发现4号电脑位于??络B，?把数据包发给?关B，?关B再转发到4号电脑。
1号电脑把数据包发到?关A，必须知道?关A的MAC地址。所以，数据包的?标地址，实际上分成两种情况：
发送数据包之前，电脑必须判断对?是否在同?个??络，然后选择相应的MAC地址。接下来，我们就来看，实际使?中，这个过程是怎么完成的。
2、?户的上?设置
2.1静态IP地址
你买了?台新电脑，插上?线，开机，这时电脑能够上?吗？
通常你必须做?些设置。有时，管理员（或者ISP）会告诉你下?四个参数，你把它们填?操作系统，计算机就能连上?了：
(1) 本机的IP地址
(2) ?掩码
(3) ?关的IP地址
(4) DNS的IP地址
下图是Windows系统的设置窗?。
这四个参数缺?不可，后?会解释为什么需要知道它们才能上?。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?"。
但是，这样的设置很专业，普通?户望??畏，?且如果?台电脑的IP地址保持不变，其他电脑就不能使?这个地址，不够灵活。出于这两个原因，?多数?户使?"动态IP地址上?"。
2.2动态IP地址
所谓"动态IP地址"，指计算机开机后，会?动分配到?个IP地址，不??为设定。它使?的协议叫做DHCP协议。
这个协议规定，每?个??络中，有?台计算机负责管理本?络的所有IP地址，它叫做"DHCP服务器"。新的计算机加??络，必须向"DHCP服务器"发送?个"DHCP请求"数据包，申请IP地址和相关的?络参数。
前?说过，如果两台计算机在同?个??络，必须知道对?的MAC地址和IP地址，才能发送数据包。但是，新加?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?些巧妙的规定。
DHCP协议
?先，它是?种应?层协议，建?在UDP协议之上，所以整个数据包是这样的：
（1）最前?的"以太?标头"，设置发出?（本机）的MAC地址和接收?（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机?卡的MAC地址，后者这时不知道，就填??个?播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
（2）后?的"IP标头"，设置发出?的IP地址和接收?的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出?的IP地址就设为0.0.0.0，接收?的IP地址设为255.255.255.255。
（3）最后的"UDP标头"，设置发出?的端?和接收?的端?。这?部分是DHCP协议规定好的，发出?是68端?，接收?是67端?。
这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太?是?播发送，同?个??络的每台计算机都收到了这个包。因为接收?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??的。当看到发出?IP地址是0.0.0.0，接收?是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道"这个包是发给我的"，?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?个"DHCP响应"数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太?标头的MAC地址是双?的?卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出?）和255.255.255.255（接收?），UDP标头的端?是67（发出?）和68（接收?），分配给请求端的IP地址和本?络的具体参数则包含在Data部分。
新加?的计算机收到这个响应包，于是就知道了??的IP地址、??掩码、?关地址、DNS服务器等等参数。
2.3上?设置：?结
这个部分，需要记住的就是?点：不管是"静态IP地址"还是"动态IP地址"，电脑上?的?要步骤，是确定四个参数。这四个值很重要，值得重复?遍：
(1) 机的IP地址
(2) ??掩码
(3) ?关的IP地址
(4) DNS的IP地址
有了这?个数值，电脑就可以上?"冲浪"了。接下来，我们来看?个实例，当?户访问??的时候，互联?协议是怎么运作的。
3、?个实例：访问??
3.1本机参数
我们假定，经过上?节的步骤，?户设置好了??的?络参数：
(1) 本机的IP地址：192.168.1.100
(2) ??掩码：255.255.255.0
(3) ?关的IP地址：192.168.1.1
(4) DNS的IP地址：8.8.8.8
然后他打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输?了?址：www.google.com。
这意味着，浏览器要向Google发送?个??请求的数据包。
3.2DNS协议
我们知道，发送数据包，必须要知道对?的IP地址。但是，现在，我们只知道?址www.google.com，不知道它的IP地址。
DNS协议可以帮助我们，将这个?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?个DNS数据包（53端?）。
然后，DNS服务器做出响应，告诉我们Google的IP地址是172.194.72.105。于是，我们知道了对?的IP地址。
3.3??掩码
接下来，我们要判断，这个IP地址是不是在同?个??络，这就要?到??掩码。
已知??掩码是255.255.255.0，本机?它对??的IP地址192.168.1.100，做?个?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Google的IP地址172.194.72.105也做?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，Google与本机不在同?个??络。
因此，我们要向Google发送数据包，必须通过?关192.168.1.1转发，也就是说，接收?的MAC地址将是?关的MAC地址。
3.4应?层协议
浏览???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?这样：
我们假定这个部分的?度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。
3.5TCP协议
TCP数据包需要设置端?，接收?（Google）的HTTP端?默认是80，发送?（本机）的端?是?个随机?成的1024-65535之间的整数，假定为51775。
TCP数据包的标头?度为20字节，加上嵌?HTTP的数据包，总?度变为4980字节。
3.6IP协议
然后，TCP数据包再嵌?IP数据包。IP数据包需要设置双?的IP地址，这是已知的，发送?是192.168.1.100（本机），接收?是172.194.72.105（Google）。
IP数据包的标头?度为20字节，加上嵌?的TCP数据包，总?度变为5000字节。
3.7以太?协议
最后，IP数据包嵌?以太?数据包。以太?数据包需要设置双?的MAC地址，发送?为本机的?卡MAC地址，接收?为?关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。
以太?数据包的数据部分，最??度为1500字节，?现在的IP数据包?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??的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的?度分别为1500、1500、1500、560。
3.8服务器端响应
经过多个?关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太?数据包。
根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出??的"HTTP请求"，接着做出"HTTP响应"，再?TCP协议发回来。
本机收到HTTP响应以后，就可以将??显示出来，完成?次?络通信。
这个例?就到此为?，虽然经过了简化，但它?致上反映了互联?协议的整个通信过程。
内容总结
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