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超级网络入门与实践(二) 学习 TCP, IP, Ethernet 协作的原理
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超级网络入门与实践
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超级网络入门与实践(
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(二
二二
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) 学习
学习学习
学习 TCP, IP, Ethernet
TCP, IP, EthernetTCP, IP, Ethernet
TCP, IP, Ethernet 协作的原理
协作的原理协作的原理
协作的原理
(益品黄牛 2007/10/22)
目录
1. 引言(理解计算机内部处理就能理解网络整体的构造)..................................................................3
1.1. 通信是由五个步骤构成的..........................................................................................................3
1.2. 了解覆盖范围的区别 .................................................................................................................4
1.3. 了解万维网的构造.....................................................................................................................4
2. 分工和关联(三个功能边协作边完成各自的工作) .........................................................................5
2.1. 各自有重要的分工.....................................................................................................................5
2.2. 缺那个通信都不成立 .................................................................................................................5
2.3. 互相协作来完成工作 .................................................................................................................6
2.4. 步骤一 将数据切割成适当的长度(TCP 从 IP 和 Ethernet 取得信息来决定最佳长度) .......7
2.4.1. 想选择途中不被分割的长度...............................................................................................7
2.4.2. 与通信对方交换长度信息...................................................................................................7
2.4.3. 从 IP 学得路径途中的长度 ................................................................................................8
2.4.4. 中途的路由器通知长度 ......................................................................................................8
2.5. 步骤二 推算到通信对方的路径(不是 Ethernet 而是 IP 来判断 LAN 的范围) ....................9
2.5.1. IP 调查 LAN 的范围..........................................................................................................9
2.5.2. 从 IP 设置开始想象 ...........................................................................................................9
2.5.3. 用表来管理路径信息........................................................................................................10
2.6. 步骤三 调查 LAN 内的目标 MAC 地址(为了 Ethernet IP 向 ARP 发出调查指示) .......... 11
2.6.1. 知道的是 IP 地址 ............................................................................................................. 11
2.6.2. 用 ARP 向网络全体成员询问...........................................................................................12
2.6.3. 记住调查过一次的地址 ....................................................................................................12
2.6.4. 删除变旧的信息 ...............................................................................................................13
2.7. 步骤四 将数据送入网路(Ethernet 按照 IP 的指示将数据转换成信号来传送) ..................13
2.7.1. 将数字信号转换成信号 ....................................................................................................13
2.7.2. 从 IP 也取得目标信息......................................................................................................14
2.7.3. 完成时附上错误检查信息.................................................................................................14
2.7.4. 计算好发送时间后发送 ....................................................................................................15
2.8. 步骤五 将接收到的数据传送给应用程序(调查数据是否损坏了,根据记号向下一个传送) 15
2.8.1. 将数据向正确的对方传下去.............................................................................................15
2.8.2. 写着数据的送达地址........................................................................................................15
2.8.3. 也确认是否损坏了............................................................................................................17
2.8.4. TCP 检测丢弃了的数据 ...................................................................................................17
3. 总结(用五个步骤来确认网络整体的流程)..................................................................................18
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3.1. 考虑一下网络的整体 ...............................................................................................................18
3.1.1. 路由器的动作也和计算机一样 .........................................................................................19
3.1.2. 万维网也是同样的原理 ....................................................................................................19
4. 网络脚本语言的实践 ......................................................................................................................20
4.1. 用 ARP 协议来取得 MAC 地址...............................................................................................20
4.1.1. Ethernet 协议格式 ..........................................................................................................20
4.1.2. ARP 协议格式 .................................................................................................................21
4.1.3. 通信顺序图 ......................................................................................................................22
4.1.4. 脚本语言实现...................................................................................................................22
4.2. 用 TCP 协议来决定分割数据块的最大长度 ............................................................................25
4.2.1. IP 协议格式 .....................................................................................................................25
4.2.2. TCP 协议格式..................................................................................................................27
4.2.3. 通信顺序图 ......................................................................................................................29
4.2.4. 脚本语言实现...................................................................................................................29
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1.
1.1.
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引言
引言引言
引言(
((
(理解计算机内部处理就能理解网络整体的构造
理解计算机内部处理就能理解网络整体的构造理解计算机内部处理就能理解网络整体的构造
理解计算机内部处理就能理解网络整体的构造)
))
)
TCP/IP 和 Ethernet。哪个都是我们日常身边使用的网络技术。TCP/IP 是作为万维网基础的协议群,
Ethernet 是 LAN 的代表技术。计算机里,工作着处理这些技术的功能,来实现各种各样的通信。
那么,这些技术是怎么样被处理,传送数据到对方的呢?理解了这些的话,网络技术就巩固了。但是每
个技术都有很高深的地方,而且互相间的关系不了解的话,也就看不到全体像。
因此这里,我们看一下,万维网的核心协议 TCP/IP 再加上 LAN 的标准规格 Ethernet 这三个技术在计
算机内是如何工作如何协作的。能理解计算机内的这些协作原理的话,网络全体的动作也就能看到了。
1.1.
1.1.1.1.
1.1.
通信是由五个步骤构成的
通信是由五个步骤构成的通信是由五个步骤构成的
通信是由五个步骤构成的
从公司的计算机,访问网页呀,发送邮件的时候,计算机内部有哪些处理被执行了呢?那个通信处理是
由以下五个步骤构成的。(図 1)
① 分割数据
② 推算路径
③ 调查 LAN 内的目标地址
④ 将数据送入传送网络
⑤ 向应用程序传递收到的数据
図 1看一下计算机内的动作
这里面,步骤 1-4 是数据传送时候的处理。将应用程序制造的数据传送到网线的处理。
对于这送信处理的四个步骤,TCP,IP,Ethernet 的各个功能都将在某个时候成为主角,协同其他功
能一起进展。
接收数据时候的处理是步骤 5。这是计算机从网线接收到的数据,并将它传递给恰当的应用程序的过程。
即使是步骤 5,也是计算机内的 TCP,IP,Ethernet 各功能互相协作,将数据传送到最终目的地也就是
应用程序。
应用程序
TCP 功能
IP 功能
Ethernet 功能
数据分割
推算路经
调查 LAN 内目标地址
将数据送入传送网络
向应用
程序传
送接收
数据
送信时
接收时
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1.2.
1.2.1.2.
1.2.
了解覆盖范围的区别
了解覆盖范围的区别了解覆盖范围的区别
了解覆盖范围的区别
试着从别的视点来看一下这三个功能。也就是 TCP,IP,Ethernet 在各自在网络中的作用范围在哪里
(図 2)。
TCP
IP
Ethernet
LAN(Ethernet)
IP Network
考虑 LAN
考虑网络整体
考虑通信对方的应用程序
路由器
应用程序
図 2理解计算机内部三个功能的动作就能理解网络整体的构造
Ethernet 功能的工作是向传送线路里传送数据和从传送线路接收数据。数据信号通过网线传送,但不
能超越路由器
1
。也就是只覆盖由路由器分割出来的范围。那么,Ethernet 覆盖的范围就是 LAN。
IP 功能的最大功能是,从网络全体选出到达通信对方的路径。因此,IP 负责的范围是网络的整体。
TCP 的功能是,为了能够准确地与对方交换数据而作准备。与 LAN 和网络整体相关的部分,交给
Ethernet 和 IP 去处理,只与通信对方的应用程序发生关系。
1.3.
1.3.1.3.
1.3.
了解万维网的构造
了解万维网的构造了解万维网的构造
了解万维网的构造
大家应该了解了,像前述那样,仅仅是确认了计算机内部的处理,就能了解网络整体的构造。
例如,在路径中途的一个路由器接收了数据,正在判断到通信对方的路径。这个处理和计算机内部 IP
和 Ethernet 负责的处理是完全一样的。
正因为万维网是由无数个路由器构成的,各个路由器的动作基本上是和计算机内部的处理一样的。就是
说,能够用 IP 和 Ethernet 的功能来说明万维网的构造。一说起计算机内部,就觉得与网络相差得非常远,
实际上,知道了它的话网络的构造也就知道了。
因此,接下来在第 2 章将用五个步骤来解说计算机内数据的流程。那时候将着眼于各个功能的分工和他
们间的合作。
接着在第 3 章,将用第 2 章学习到的知识来对照一下网络整体。应该能够实际感受到虽然是计算机内部
的处理,但在网络整体的各个部分也发生着同样的事情。那样的话,也就能理解了网络整体的构造一样了。
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路由器是为了分割各个 LAN,Ethernet 信号的终端
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2.
2.2.
2.
分工和关联
分工和关联分工和关联
分工和关联(
((
(三个功能边协作边完成各自的工作
三个功能边协作边完成各自的工作三个功能边协作边完成各自的工作
三个功能边协作边完成各自的工作)
))
)
本章,如第一章介绍的那样将计算机内的通信处理分成 5 个步骤,在各自的场合看一下拟人化的 TCP,
IP,Ethernet 的各个功能是如何发挥自己的功能,互相协作的。
2.1.
2.1.2.1.
2.1.
各自有重要的分工
各自有重要的分工各自有重要的分工
各自有重要的分工
在看计算机内处理的流程之前,先确认一下各自承担的分工。详细的功能留给别的机会去学习,先掌握
一下了解关联所需要的知识(図 3)。
図 3TCP,IP,Ethernet 的分工
TCP 功能的分工里有各种各样的部分,从发送数据方面上说是,从应用程序接到数据,将其分割成合适
的大小,并确实的传递到通信对方。反过来,从接受数据方面上说是,调查接收数据的内容和顺序,有错
误的话向送信方要求再送一次。他也负责将正确的数据送到应用程序去。
IP 的主要分工是判断到通信对方的路径。也做组装 IP 数据包的工作,但正是判断路经是支撑着通信的
重要功能。具体来说,从万维网这样到对方存在的无数个路径中,用 IP 地址这一信息选出最佳路径。
TCP 和 IP 功能在计算机里以软件的形势存在。但是没有自己安装的记忆吧。也应该是这样的,应为
Windows,Linux 的 OS 最初就搭载了 TCP/IP 软件。
相对于此,Ethernet 的分工是将数据转换成电或者光信号,并将其送入网线。也就是,负责实际的通
信。这个工作由计算机内装着的网络适配器来完成
2
。计算机里没装网络适配器的话,就需要自己来装。正
是安装网络适配器,向计算机内加载了 Ethernet 功能。
2.2.
2.2.2.2.
2.2.
缺那个通信都不成立
缺那个通信都不成立缺那个通信都不成立
缺那个通信都不成立
到这里说的尽是些概念方面的话,可能比较难抓住具体的形象。从别的视点也验证一下吧。也就是各个
功能没有的话将会怎么样的视点。
那么,考虑一下 TCP 没有的时候。计算机网络是将数据分割成适当的大小来进行互相交流的。称为数
2
作为网络适配器(或称为网卡)和 OS(TCP/IP 软件)的中介,称为设备驱动程序的程序也参加了
TCP
IP Ethernet
TCP
TCPTCP
TCP 功能的分工
功能的分工功能的分工
功能的分工
将数据切割成适当的大小
从
Ethernet
和
IP
那里取得信息,
成为途中不会被分割的最大尺寸
将数据确实的送给应用程序
检测出顺序颠倒和缺失,在必要
的时候向传送方发出再送请求
IP
IPIP
IP 功能的分工
功能的分工功能的分工
功能的分工
组装
IP
包
判断通信对方的路径
算出
LAN
范围,
判断通信对方是
否在那里
向
ARP
发出指示,调查通信
对方的
MAC
地址
Ethernet
EthernetEthernet
Ethernet 功能的分工
功能的分工功能的分工
功能的分工
负责
LAN
内实际的通信
用从
IP
得到的信息来组装
MAC
组
将比特列变换成电或者光信号
计算送出信号的时机
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