TCP/IP学习之路（四）

爱被打了一巴掌 2022-12-03 09:40 111阅读 0赞

上一篇讲到，在一个网段（例如一个局域网）上的计算机之间能够在网络访问层使用可用的物理地址进行通信。那么，从北京到上海的电子邮件如何准确到达目的地呢？本篇会讲到网际层上的协议提供局域网网段之外的传递。

## 寻址与发送 ##

上一篇讲到，计算机通过网络接口设备（例如网络适配器）与网络进行通信，网络接口设备具有唯一的物理地址，用于接收发向该地址的数据。像以太网网卡这样的设备对于上层协议层的细节是一点也不了解的，它不知道IP地址，也不知道发送来的帧是要给SSH还是FTP，它只是监听发来的数据帧，等待去往自己物理地址的数据帧，并把这个帧传递给上层协议栈。  
但是，在路由式网络中，不能利用物理地址实现数据的传输，因为根据物理地址传输数据所需的发现过程不能跨越路由器接口来运行。因此，TCP/IP隐藏了物理地址，以一种逻辑化、层次化的寻址方案对网络进行组织。这种逻辑寻址方案有网际层的IP协议维护，而逻辑地址称为IP地址。地址解析协议（ARP）是另一种网际层协议，它维护一个表格，用于把IP地址映射到物理地址。  
在一个路由式网络中，TCP/IP软件使用如下策略在网上发送数据。  
1.**如果目的地址与源计算机在同一个网段**，源计算机就把数据包**直接发送**给目的计算机。IP地址呗ARP解析为物理地址，数据被直接发送到目的网络适配器。  
2.**如果目的地址与源计算机不在一个网段**，则：  
（1）直接将数据报发送到网关。网关是位于局域网网段上的一个设备，能够把数据报转发到其他网段。网关地址通常由TCP/IP配置来定义。网关地址使用ARP解析为一个物理地址，数据被发送到网关的网络适配器。  
（2）数据报通过网关被路由到较高级别的网段，再次重复上述过程  
（3）数据包经过一系列网关被转发到目的网段，目的IP地址被ARP解析为物理地址，数据被发送到目的网络适配器

## 网络协议（IP） ##

IP协议提供了一种分层的、与硬件无关的寻址系统，具有在复杂的路由式网络中传递数据所需的服务。TCP/IP网络上的每个网络适配器都有唯一的IP地址。网络上的IP地址具有一定规则，因此我们可以通过查看IP地址来了解主机的位置。IP被分为两个部分：**网络ID与主机ID**  
网络必须提供一种方式来判断IP地址的哪一部分是网络ID，哪一部分是主机ID。该问题的最初的解决方法是把IP地址划分为一系列地址类。A类地址使用地址的前8位作为网络ID，B类地址使用前16位，C类使用前24位。后来通过一个名叫“子网划分”的特性进行扩展，用于在本地范围对网络架构实现更好的控制。

## IP报头字段 ##

每个IP数据报都以一个IP报头开始，源计算机的TCP/IP软件构造这个IP报头，目的计算机的TCP/IP软件利用IP报头中封装的信息处理数据报。  
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IP地址是一个32位的二进制地址，被分为4个8位段。人们不习惯使用32位的二进制地址或8位的二进制八位组，所以IP地址最常用的表达形式是点分十进制形式。  
那么，计算机或路由器是如何知道将一个IP地址解释为A类、B类、C类呢？TCP/IP地址的规则使得地址本身就可以说明其类别，解释规则如下：  
1.如果32位的二进制地址以0开头，它就是A类地址  
2.如果32位的二进制地址以10开头，它就是B类地址  
3.如果32位的二进制地址以110开头，它就是C类地址  
网络管理员可以把网络划分为更小的次级网络，这称为子网。划分子网的实质就是借用主机ID中的一些位，在网络内创建额外的网络。

## 特殊的IP地址 ##

有少量IP地址具有特殊含义，不会分配给特定的主机。全0的主机ID表示网络本身。例如：IP地址129.152.0.0是指网络ID位129.152的B类网络。  
全1的主机ID表示广播。广播是向网络中所有主机发送的消息  
地址255.255.255.255也可以用于网络上的广播  
以十进制127开头的地址是环回地址

## 地址解析协议（ARP） ##

网段上每台主机在内存中都保存着一个称为ARP表或ARP缓存的表格。ARP缓存将网段上其他主机的IP地址与物理地址关联起来。当主机需要向网段上的其他主机发送数据时，它会查看ARP缓存来获得接收方的物理地址。ARP缓存是动态变化的。如果要接收数据的地址当前并不存在于ARP缓存，主机就会发送一个名为ARP请求帧的广播。  
通常来讲，ARP缓存条目会在一个预定的时间后过期，条目此时会被从删除。当主机下一次向这个条目所包含的IP地址发送数据时，解析过程会再次重复。

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