TCP/IP协议新手入门手册（多图解析）

3. Ethernet

下面我们看看以太技术，一个以太帧包括源地址，目的地址，类型域和数据。一个以太地址6个字节，每个以太适配器都有唯一的以太地址，而地址"FF-FF-FF-FF-FF-FF"代表一个广播地址。以太网使用CSMA/CD技术，这个技术使设备共享一条传输介质，某一时刻只能一台设备传送数据，如果两台同时传送就会产生冲突，而解释这种冲突的办法就是两个设备停一会儿（一个随机的时间）再传送数据。

我们可以把以太技术想成许多人在一个黑屋子里说话，如果每次只有一个人说，那么对这个话感兴趣的人就会听到，记录下来，而不感兴趣的人就不管它就是了。如果两个人同时说，两个人就会听到自己在说话的时候还有另外一个人也在说，于是就停下来，过一会儿再说，这样来达到传送消息的目的。这里需要注意的是，屋子里的每个人有一个唯一的名字，这个名字就是以太地址，而如果某个人想对所有人说话，它就应用那个广播地址传送消息就可以了。

4. ARP

ARP是为了解决IP包发出后，目的以太地址如何确定的问题。ARP是用来将IP地址解释为以太地址的协议，这个协议只对由IP传出的数据有用。

4.1 ARP地址翻译表

这个翻译的过程中通过查询一张表进行的，每个机器的IP地址和以太网卡号就在这个表中，如果我想向一个IP地址发送消息，只需要查询一下这张表，知道目的以太地址是什么就可以了。下面就是一张这个的ARP表：

IP地址在机器内部是一个4字节数，而人类的表示是如上表中的表示方法，这种方法称为点为十进制。这种翻译表是必须的，因为IP地址的选择和以太地址的选择是独立进行的。以太地址是生产厂商根据分配给它的地址空间直接烧结在网卡上的。

4.2 经典的翻译过程

在通常网络操作进行时，应用程序发送消息到TCP（或UDP），由TCP（或UDP）传送消息到IP模块，目的IP地址是已知的，在将这个包传送到以太适配器时一定要查找这个翻译表知道目的以太地址是什么。而这时ARP就管用了。

4.3 ARP请示/响应对

但是，ARP表如何从空变得那么充实呢？这是由ARP协议来完成填充工作的，它工作的基本过程是“需时再取”的原则。当ARP不能用于查询以太地址时，会发生下面两件事情：

1. ARP用以太广播地址发送一个以太包到网络上，所有的计算机都会接收到这个包；

2. 将需要发送的IP包放入发送队列中；

发出的那个以太包就象一个问路的人一样，它带有如下信息：“如果您的IP地址和我想找的IP地址一样，请告诉我您的以太地址”，下面是一个ARP请示包的例子：

每台计算机的ARP模块检查自己的IP地址是不是和这个包内的IP地址一致，如果不一致，就什么也不干，如果一致，则返回一个响应，其中包括的信息指出了这个IP地址的以太地址。下面是一个响应包的例子：

这个响应由原来发出请求的计算机接收，ARP就将相应的IP地址和以太地址加入ARP表中，这个过程不断地发生，这个表也就不断地加大了，更新过的ARP表如下图所示：

这个请求与响应的过程十分迅速，放入队列的IP包现在可以取出发送了，因为所需要的以太地址已经有了，可以发送了。如果没有目的主机，发出的请求就不会有回应，IP层抛弃需要发送的IP包，而上层协议也不清楚是网络断了，还是不存在目的主机，IP层不负责报告错误类型。

5. Internet协议

IP模块是Internet技术的核心，而它的路由技术是它成为核心的基础。了解路由需要也解互连是什么。

5.1 直接路由

下图是一个只有三台计算机的小网络，每台计算机有运行一个TCP/IP协议栈，每个计算机配有以太适配器，每个计算机都被指定一个独立的IP地址。

这个请求与响应的过程十分迅速，放入队列的IP包现在可以取出发送了，因为所需要的以太地址已经有了，可以发送了。如果没有目的主机，发出的请求就不会有回应，IP层抛弃需要发送的IP包，而上层协议也不清楚是网络断了，还是不存在目的主机，IP层不负责报告错误类型。

当A发送IP包到B时，IP包头包括A的IP地址（这是源地址）和A的以太地址（这是源以太地址）；同时这个包也包括B的IP地址和以太地址作为目的地址。

在这种情况下，使用IP是多余的，因为它根本没有起到什么作用，用IP只能增加多余的处理时间，占用了多余的传输带宽。B接收到这个包后，IP层检查这个包内的目的地址是不是和自己的IP地址一致，如果一致则将数据返回给上层协议。这称为直接路由。

5.2 间接路由

下面这个示意图更接近Internet真实的情况。三个小的以太网，每个网络中有三台计算机，它们有唯一以太地址，IP地址，这三个网络通过一台路由器连接，这台路由器有一个IP地址和三个以太地址，因为它和三个网络连接，当然要三个了。这里一定要记住，IP地址只有一个。

计算机D是一台路由器，它的TCP/IP协议栈内可能根本没有TCP和UDP，而可能有多个ARP模块和多个以太驱动程序（因为有多个以太适配器，所以要多个驱动程序才可以）。网络管理员为每个子网（上图中有三个子网）指定一个网络号，是这个网络的名称，这个名称在上图是没有表示。

如果计算机A希望和计算机B通信，采用直接路由就可以了。这个过程上面已经说过了。在同一个子网内均采用直接路由。如果计算机D希望和计算机A通信，这也是直接路由，直接通信就行了，D和其它所有计算机的通信都是直接通信。但是如果计算机A希望和非本子网内的计算机通信就不能采用直接路由了，它发送的IP包必须发到计算机D，由计算机D向其它网络发送，这种通信就是非直接的。

路由对于IP协议上层的协议来说是透明的，它们根本不知道有什么路由存在。

请注意下面的图，源地址是计算机A的，目的IP地址是计算机E，而目的以太地址却是计算机D的，这是因为计算机A和计算机E不处于同一个子网内，不能直接通信，需要由计算机D进行转发，因此这包只能发往计算机。

对于计算机D来说，它的以太帧地址如下：

因为计算机D和计算机E可以直接通信。我们可以看到，在直接通信时，目的IP地址和以太地址都是接收者的，而在非直接通信时，目的IP地址是接收者的，而目的以太地址却是路由器的。上面的例子比较简单，真实的路由要比这个复杂得多，因为现实中的网络十分大，要许多路由器同时工作，这时的情况就比较复杂了。