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Internet History, Technology, and Security（week5）——Technology: Internets and Packets

發布時間：2024/7/5 编程问答 39 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Internet History, Technology, and Security（week5）——Technology: Internets and Packets 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

前言：

之前都在學習Internet的歷史，從這周開始，進入到了Internet技術的學習。

Layer1: Link

Introduction / The Link Layer

80年代之前，主流網絡的還是Store and Forward Networking（存儲轉發網絡），但是由于其在數據處理方面延時較大，無法應用于條件嚴苛的軍事領域，故軍方出力研究出了ARPANET——一個典型的packet switch network（分組交換網絡）。

ARPANET給出了一個不一樣的網絡：Shared Network——把一大段信息分成許多個packets（數據包），利用路由器做短期短距離的數據傳輸，多個路由器接連負責將收到的數據包傳送給下一個路由器，hop依然存在，路由器之間的不斷轉發最終讓數據匯聚到目的地。

Shared Network上的數據需要在路由器與路由器之間不停的Hop，為了簡化和管理，業界提出了分為四層的Layered Network Model（網絡分層模型），隨之在各層上用協議（Protocol）來約束層與層之間要如何協同工作，簡化過程。

Link Layer（鏈路層）是協議的第一層。由于是分層模型，因此在這層上，只考慮物理層面上實現傳輸數據即可。物理的傳輸介質，如有線、無線傳輸、光纜等，都可以看做是一個Link。

Ethernet（以太網）可以說是目前應用最為廣泛的Link Layer，硬件制造商在制造帶有以太網或者無線適配器的電子器件時，都會用六組兩兩結合的字符去標識這些硬件，這其實屬于一種物理地址（Mac地址），硬件之間正是通過地址來識別。

當涉及到共享的問題時，必然需要一個與之相對應的沖突解決方案，以太網采用的則是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，載波監聽多路訪問及沖突檢測）。設備在發送數據前會對信道進行Listen（監聽），當沒有其他正在傳輸的數據時，才可以進行傳輸，否則在某個周期內將會一直持續監聽。

Layer2: Internet Portocol

The InterNetwork (IP)

Internetwork Layer（網絡層）需要關心的是多個Link的連接問題，這是分層模型帶來的好處。

與前面的Mac地址不同，IP地址不是與硬件有關的且一成不變的，物理地址在某個硬件被制造時就由制造商決定了，IP地址是全球性的，當你到了其他地方IP地址就會隨之發生改變。

IP地址（IPv4）格式是32bits的，由四個小數點分隔，每組都由0 ~ 255（8bits）的二進制數組成。IP地址分為前綴網絡號和后綴主機號，前者用子網掩碼來表示，用于表示IP地址從屬的網絡，后者指明網絡中的具體主機號。數據在網絡傳輸過程中會先根據網絡號找到指定網絡，再根據主機號索引到目標主機。

Router Tables（路由表）是路由器等網絡設備上存儲的一張動態更新的信息表，路由表中存放了發送源和目的地的地址，可以根據目的地的ip地址決定了數據該往哪個方向傳遞，路由表中還包含了相鄰鏈路的帶寬情況，智能選擇路徑以避免擁堵。

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）是一個局域網的網絡協議，在接收申請之后，可以為新連入網絡的主機分配一個IP地址。例如當我們在咖啡廳、在家與在工作單位分別連接網絡時，其實分配的IP地址是不同的，但是我們在接入網絡的時候卻沒有因為地址不同而被拒絕，這都歸功于DHCP。

如果為所有機構的所有電腦都分配一個真實存在的IP地址，那么IP地址將會很緊缺（IPv4情況下是2的32次方個），所以出現了Network Address Translation技術。

NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）技術可使專用網內部已分配的本地IP地址與因特網上的主機進行通信，這種通過使用少量的公有IP地址代表較多的私有IP地址的方式，有助于減緩IP地址枯竭的情況。不過NAT分配的只在內部網絡使用的虛擬IP地址，不能直接訪問因特網，只有通過ISP（Internet Service Provider，互聯網服務提供商）轉換為real global routable address，才能與因特網傳輸數據。

TTL（Time to Live，存活時間）是每個IP數據包自帶的一個用來表示生存時間的字節，最大值為255。TTL每經過一個路由器減少1，減到零之后就丟棄數據包，防止無限hop導致死循環造成網絡堵塞。