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| IP |
| |
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| / v |
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data data
comes in goes out
here here
图5. IP包的发送和接收的例子
发送IP包到另一个网络的过程叫做传递IP包，一台专门用来传递IP包的计算机
计算机叫做"路由器"。
就如你从图中看到的一样，在路由器上传递的IP包不涉及TCP和UDP模块，一
些路由器执行时更本就不要TCP或UDP模块。
2.5.IP产生专一的逻辑网络
IP模块是interner技术成功的中心所在，当消息向下通过协议栈时每一个模块或
驱动程序加上自己的头到消息中去。每一个模块或驱动程序从消息中去掉相应的头当
消息沿协议栈向上传时，IP头包含了用以从许多物理网络中区分唯一的逻辑网络的IP
地址，互相连接的物理网络是internet的组成部分，这些互相联络的物理网络就构成
了internet。
2.6.独立的物理网络
IP通过网络应用程序处于网络硬件之中，如果你发明新的物理网络，你可以投入
使用只要你用新的驱动程序基于IP。因此，尽管硬件技术在变化网络应用程序仍旧是
完美无缺以及不易受攻击的。
2.7.互相通信
如果两台计算机能够互相通信，就称它们是"能互操作的"。如果internet畅通，
就称它们有"互用性"。有多方面用途计算机的用户从互连网获益因为在市场上有的
协同工作能力的计算机。一般地，当你买了一台计算机，它就能互相通信。如果计算
机没有互操作性，且互操作性不能加上，则这样地计算机就没有市场竞争力。
2.8 梗概之后
通过后面地学习，我们将回答以下问题：
当发送一个IP包，目的以太网地地址是这样知道地？
当发送IP包时，IP协议是怎样从众多地底层网络中选择的？
客户端的计算机是怎样连上服务器的？
为什么TCP和UDP要同时存在，而不只选其中一种？
网络应用程序的可用性是什么？
这些问题将依次回答。
3. 以太网
这一节是以太网技术的简短复习。
一个以太网帧包含目的地地址，源地址，属性域，和数据。
物理地址是6字节。每一个装置有它自己的物理地址和监听物理帧中的目的地址。
所有的装置用通配符"FF-FF-FF-FF-FF-FF"（十六进制）的方式监听目的地址，被
称为"广播"地址。
以太网使用CSMA/CD（带有检测冲突的载波侦听多路存取）。CSMA/CD意味着
所有装置在同一个媒介中通信，在某一个时刻只能有一个在传送数据，它们能同时
接收数据。如果2个装置在同一个传送数据，那么传送冲突被发觉，在再次发送之前
两个装置等随机（但是很短）的一段时间。
3.1一个类比
一个很好的说明以太网技术的类比：一群人在很小道`很黑的屋里聊天。在这个类
比中：物理的网络媒介是空气中的声波而不是在同一根同轴电缆中的电信号
每一个人能听见其它人的说话（信号感觉），每一个人有相同的权利说话（多种
可能），但是没有人会发表长篇大论因为他们懂礼貌。如果有人不懂礼貌，他被要求
离开房间（也就是，被抛离网络）。
没有人会说话当有人说话时，但是当两个人同时开始说话 ，他们会立即知道因为
他们听到一些他们自己没有说过的话（冲突检出）。当两个人意识到时，他们等一会，
然后一人开始说话。另一个在开始自己的说话之前听着别人说一直等着第一个人说完。
每一个人有唯一的名字（唯一的物理地址）以避免混乱。某一个时间一人说话，
他会先通知他将要交谈的人以及自己的名字（以太网目的地址，源地址，分别的），
也就是："Hello,this is jack,..blah blah blah..",如果他想和所有的人交谈，
他会说"everyone"（广播地址），也就是说：" hello,everyone,this is jack,
..blah blah blah.."。
4.ARP（地址解析协议）
当发送一个IP包，目的以太网的地址是怎么知道的呢？
ARP（地址解析协议）用来把IP 地址翻译成物理地址。这种翻译只是在发送IP
包时，因为这时需要产生IP头和以太网头地址。
4.1.ARP地址转换表
翻译通过查表进行，这表，叫作ARP地址转换表，放在存储器里，包含每一台
计算机的信息。其中有一列是IP地址，一列是物理地址。当要把IP地址翻译成物理
地址时，计算机从表中搜索IP地址。 下面是一个简单的ARP地址转换表：
------------------------------------
|IP address Ethernet address |
------------------------------------
|223.1.2.1 08-00-39-00-2F-C3|
|223.1.2.3 08-00-5A-21-A7-22|
|223.1.2.4 08-00-10-99-AC-54|
------------------------------------
表 1. Example ARP Table
人们的习惯是当写出4字节的IP地址时每一字节用十进制且用句点把每一字节
分开。当写出6字节的物理地址时，习惯上是每一字节用十六进制且用冒号或负号
把每一字节分开。
ARP地址转换协议是必须的因为IP地址和物理地址是互不相干的，你不可能用
一种算法把IP地址翻译成物理地址。IP地址是由网络管理员基于internet而选择的，
当计算机internet的另外一个地方，那么它的IP地址也随之改变了。物理地址是由制
造商基于以太网地址空间而决定的，当物理硬件接口改变了，它的物理地址也随之改
变了。
4.2. 典型转化情况
当正常运行一个网络应用程序，比如：TELNET，发送一个应用程序消息给TCP，
然后TCP发送相应的TCP消息给IP模块，从而目的IP地址就被应用程序`TCP模块`IP模块
知道，这时IP包被建立然后准备传给以太网驱动程序，但是在这之前必须知道物理地
址，而ARP地址转换表就是用来找到物理地址的。
4.3.ARP "请求/应答" 对
但是ARP地址转换表最初是怎样建立的呢？回答是它是由ARP自动根据"必须"的原
则 建立的。
当ARP地址转换表不能翻译地址时，会发生下面两件事：
1.一个携带物理地址的ARP请求包被发送向网络上的每一台计算机。
2.发出的IP包排队等待。
每一台计算机的物理接口收到广播的物理帧。每一个以太网驱动程序检查物理帧
的属性域然后传递ARP包给ARP模块。 ARP请求包的意思是："如果你的IP地址和目
标IP地址一样，那么请你告诉我你的物理地址。"一个ARP请求包的结构是这样的：
---------------------------------------
|Sender IP Address 223.1.2.1 |
|Sender Enet Address 08-00-39-00-2F-C3|
---------------------------------------
|Target IP Address 223.1.2.2 |
|Target Enet Address <blank> |
---------------------------------------
表2. ARP请求包
每一个ARP模块检查IP地址，如果目标IP地址和自己的IP地址相同，那么它
直接发一个回答给源以太网。ARP响应包的意思是："是的，你所说的目标IP地
址就是我的IP地址 ，让我把我的物理地址告诉你吧！" ARP响应包把"发包人/收
包人"域交换以不同域ARP请求包，它的结构是这样的：
---------------------------------------
|Sender IP Address 223.1.2.2 |
|Sender Enet Address 08-00-28-00-38-A9|
---------------------------------------
|Target IP Address 223.1.2.1 |
|Target Enet Address 08-00-39-00-2F-C3|
---------------------------------------
表 3. ARP响应包
发送请求包的计算机会收到响应，这样以太网驱动程序检查以太网帧中的
属性域然后把ARP包送给ARP模块。ARP模块检查ARP包然后把发送ARP响应包
的计算机的IP地址和物理地址写到其ARP地址转换表中去。
更新后的ARP地址转换象下面的样子：
----------------------------------
|IP address Ethernet address |
----------------------------------
|223.1.2.1 08-00-39-00-2F-C3|
|223.1.2.2 08-00-28-00-38-A9|
|223.1.2.3 08-00-5A-21-A7-22|
|223.1.2.4 08-00-10-99-AC-54|
----------------------------------
表 4. 更新后的ARP 地址转换表
4.4. 方案继续
新的对应关系被自动加到表中去，得到这些对应关系需要几个毫秒。在第2步
时，IP包在排队等候。接着， 通过查表把IP地址翻译成物理地址然后就能把以太
网帧发送出去了。因此，有了第3，4，5步后，可以看出源计算机的转换步骤依次
为：
1. 一个ARP请求包以广播的形式发送给网上的每一台计算机。
2.须转发的IP包在排队等候。
3. 带着相应的IP地址到物理地址转化的ARP响应包到达源计算机，用以更新
ARP地址转换表
4.对于等候的IP包，通过查表把IP地址翻译成物理地址。
5.最后以太网帧被发送出去。
简要的说，当ARP表不能翻译时，IP包就得等候，通过ARP请求包/ARP响应
包得到对应关系，这样等待的IP包就被发送出去了
每一台计算机都有对应于它的以太网的ARP地址转换表，如果目的计算机不
存在，就不会有ARP响应包，在ARP表中就没有入口。则送给这个地址的IP包被
丢弃。上层协议不能从目的IP地址中分辨出是否是以太网坏了还是计算机没有工
作
一些IP协议和ARP在等待ARP响应包时不处理IP包，而是把它丢弃，而丢弃的
IP包的恢复工作由TCP模块或UDP网络应用程序来处理。这种恢复由"时和重传"
来处理。重发的信息会成功的发送因为在这之前被丢弃的包已经使ARP表被更新。
5.internet协议
IP模块是internet技术的关键，IP的本质是它的路由表。IP协议用存储器中的路由表
来选择路由当传递IP包时。路由表的内容由网络管理员定义，错误将导致不能通信。
理解路由表是如何工作的就是理解网络是如何工作的，这种了解是必须的对于管理
和维护一个IP网络。
为了更好的了解路由表必须先对路由有一个一般的认识，然后了解IP网络地址，最后
才深入细节。
5.1.直接的路径选择
下面的图是一个只有3台：A，B，C计算机的小型internet。每一台计算机有相同的
TCP/IP协议就如图1所示。每一台计算机的以太网接口都有自己的物理地址。每一台计
算机都有网络管理员分配的IP地址，他同样分配一个网络号给这个以太网。
A B C
| | |
--o------o------o--
Ethernet 1
IP network "development"
图 6. 一个IP网络
当A发送一个IP给B ，则IP头包括A的IP地址作为源IP地址，物理帧头包括A的
物理地址作为源物理地址。同样，IP头包括B的IP地址作为目的地址，物理帧头包
括包括B的物理地址作为目的物理地址。
----------------------------------------
|address source destination|
----------------------------------------
|IP header A B |
|Ethernet header A B |
----------------------------------------
IP包中的物理帧的地址 （A到B）
在这个简单的例子中，IP在头上因为IP把很少加到以太网提供的服务中去。然而
IP确实增加了额外的开销：消耗了CPU和用以产生、传送、解析IP头的网络带宽。
当B的IP模块接收到从A来的IP包，然后把其中的目的IP地址和自己的IP地址相比
较，看是否匹配，然后把数据包传向上层的协议。
A和B的通信用直接的路径选择。
5.2.间接的路径选择
下面是一个比较接近现实的internet的图。它由3个以太网和3个IP网络由一台叫
做"计算机D"的IP路由器连接而成。每一个IP网络由4台计算机组成，每一台计算机
由自己的IP地址和物理地址。
A B C ----D---- E F G
| | | | | | | | |
--o------o------o------o- | -o------o------o------o--
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