TCP/IP协议简介(3)
为了避免这种情况,以太网使用一个2进制指数后退策略。发送者在第一次冲突后等待一个随机时间,如果第二次还是冲突,等待时间延长一倍。第三次则再延长一倍。通过这种策略,即使两台设备第二的等待时间会很接近,但由于后面的等待时间成指数倍增长,不就,他们就不会相互冲突了。
以太网的硬件地址
每台连接到以太网上的计算机都有一个唯一的48位以太网地址。以太网卡厂商都从一个机构购得一段地址,在生产时,给每个卡一个唯一的地址。通常,这个地址是固化在卡上的。这个地址又叫做物理地址。
当一个数据帧到达时,硬件会对这些数据进行过滤,根据帧结构中的目的地址,将属于发送到本设备的数据传输给操作系统,忽略其他任何数据。
一个是地址位全为1的时表示这个数据是给所有总线上的设备的。
以太网的帧结构
以太网的帧的长度是可变的,但都大于64字节,小于1518字节。在一个包交换网络中,每个以太网的帧包含一个指明目标地址的域。上图是以太网帧的格式,包含了目标和源的物理地址。为了识别目标和源,以太网帧的前面是一些前导字节,类型和数据域以及冗余校验。前导由64个0和1交替的位组成,用于接收同步。32位的CRC校验用来检测传输错误。在发送前,将数据用CRC进行运算,将结果放在CRC域。接收到数据后,将数据做CRC运算后,将结果和CRC域中的数据相比较。如果不一致,那么传输过程中有错误。
帧类型域是一个16位的整数,用来指示传输的数据的类型。当一个帧到达台设备后,操作系统通过帧类型来决定使用哪个软件模块。从而允许在同一台计算机上同时运行多个协议。
第三节 Internet地址
网络上的每一台计算机都有一个表明自己唯一身份的地址。TCP/IP协议对这个地址做了规定。一个IP地址由一个32位的整数表示。它的一个较为聪明的地方是很好的规定了地址的范围和格式,从而使地址寻址和路由选择都很方便。一个IP地址是对一个网络和它上面的主机的地址一块编码而形成的一个唯一的地址。
在同一个物理网络上的主机的地址都有一个相同前缀,即IP地址分成两个部分:(netid,hostid)。其中netid代表网络地址,hostid代表这个网络上的主机地址,根据他们选择的位数的不同,可以分成以下五类基本IP地址。
通过地址的前3位,就能区分出地址是属于A,B或C类。其中A类地址的主机容量有16777216台主机,B类地址可以有65536台主机,C类地址可以有256台主机。
将地址分成网络和主机部分,在路由寻址时非常有用,大大提高了网络的速度。路由器就是通过IP地址的netid部分来决定是否发送和将一个数据包发送到什么地方。
一个设备并不只能有一个地址。比如一个连到两个物理网络上的路由器,它就有两个IP地址。所以可以将IP地址看成是一个网络连接。
为了便于记忆和使用32位的IP地址,可以将地址使用用小数点分开的四位整数来表示。下面举个例子:
IP地址: 10000000 00001010 00000010 00011110
记为: 128.10.2.30
第四节 IP协议和路由
IP协议
IP协议定义了一种高效、不可靠和无连接的传输方式。由于传输没有得到确认,所以是不可靠的。一个包可能丢失了,或看不见了,或是延时了,或是传输顺序错了。但是传输设备并不检测这些情况,也不通知通信双方。无连接
因为每个包的传递与别的包是相互独立的。同一个机器上的包可能通过不同的路径到达另一台机器,或在别的机器上时已经丢失。由于传输设备都试图以最快的速度传输,所以是最高效的。
IP协议定义了通过TCP/IP网络传输的数据的格式,定义了数据进行传递的路由功能。
IP数据包的格式如下:
由一个头和数据部分组成。数据包的头部分包含诸如目的地址和源地址,数据的类型等信息。
数据包头格式:
数据包是由软件处理的,它的内容和格式并不是由硬件所限定。
比如,头4位是一个VERS,表示的是使用的IP协议的版本号。它表示发送者、接收者和路由器对该数据的处理都要按所示的版本进行处理。现在的版本号是4。软件通过版本来决定怎样进行处理。
头长度(HLEN)也是用4位来表示以32位为计量单位的头的长度。
TOTAL LENGTH表示这个数据包的长度(字节数)。从而包中的数据的长度就可以通过上面两个数据而计算出来了。
一般来说,数据部分就是一个物理的帧。对于以太网来讲,就是将整个的一个以太网的帧数据作为一个IP数据包的数据来传输的。
数据包的头里面还包含了一些其他的信息,请参见有关资料的具体介绍。 IP路由
在一个网络上,连接两种基本设备,主机和路由器。路由器通常连接几个物理网络。对一台主机来讲,要将一个数据包发往别的网络,就需要知道这个数据包应该走什么路径,才能到达目的地。对于一台路由器来讲,将收到的数据包发往哪个物理网络。因此,无论主机还是路由器,在发送数据包是都要做路由选择。
数据发送有两种方式:直接数据发送和间接数据发送。
直接数据发送通常是在同一个物理网络里进行的。当一个主机或路由器要将数据包发送到同一物理网络上的主机上时,是采用这种方式的。首先判断IP数据包中的目的地址中的网络地址部分,如果是在同一个物理网络上,则通过地址分析,将该IP目的地址转换成物理地址,并将数据解开,和该地址合成一个物理传输帧,通过局域网将数据发出。
间接数据发送是在不同物理网络里进行的。当一个主机或路由器发现要发送的数据包不在同一个物理网络上时,这台设备就先在路由表中查找路由,将数据发往路由中指定的下一个路由器。这样一直向外传送数据,到最后,肯定有一个路由器发现数据要发往同一个物理网络,于是,再用直接数据发送方式,将数据发到目的主机上。
主机和路由器在决定数据怎样发送的时候,都要去查找路由。一般,都将路由组成一个路由表存在机器中。路由表一般采用Next-Hop格式,即(N,R)对。N是目标地址的网络地址,R是传输路径中的下一个路由。通常这个路由和这台机器在同一物理网络里。
第五节 TCP协议
TCP传输原理
TCP协议在IP协议之上。与IP协议提供不可靠传输服务不同的是,TCP协议为其上的应用层提供了一种可靠传输服务。这种服务的特点是:可靠、全双工、流式和无结构传输。
它是怎样实现可靠传输的呢?
TCP协议使用了一个叫积极确认和重发送(positive acknowledgement with retransmission)的技术来实现这一点的。
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