第十一篇：Objective-C 知识回顾网络（互联网协议入门一

问题一：思考全世界几十亿太电脑，连接在一起，两两通信。厦门的某一块网卡发出信号，洛杉矶的另一块网卡居然就收到了，两者实际上根本不知道对方物理位置，请简述其中的流程?

问题二：互联网的核心是什么？

• 核心是一套协议，总称为“互联网协议”（Internet Protocol Suite）。它们对电脑如何连接和组网，做出了详尽的规定。理解这些协议，就理解了互联网的原理。

问题三：互联网分为哪几层？

• 应用层
• 传输层
• 网络层
• 链接层
• 物理层（实体层）

问题三：物理层或者说实体层，做了哪些事（实现哪些协议）？

• 电脑要组网，当然是先把电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式，这就叫做“实体层”，它就是把电脑连接起来的物理手段。
• 它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送 0 和 1 的电信号。

问题四：链接层，做了哪些事（实现哪些协议）？

• 单纯的 0 和 1 没有任何意义，必须规定解读方式，多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？
• 这就是“链接层”的功能，他在“实体层”上分，确定了 0 和 1 的分组方式。

问题五：链接层分组确定电信号分组的协议叫什么？

• 有一种叫“以太网”的协议，占据了主导地址，以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”（Frame）。每一帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）。
• ”标头“ 的包含数据包的说明项，比如发送者、接受着、数据类型等等；数据则是数据包的具体内容。

问题六：链接层分组标头里面的发送者和接受者是如何标识呢？

• 以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有“网卡”接口。数据包必须是从一块网卡，传送至另一块网卡。
• 网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做 MAC 地址。

问题七：就算有了 MAC 地址，系统怎么样才能把数据包准确的送到接收方？

• 以太坊采用了一种很“原始”的方式，它不是吧数据准确的送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每一台计算机自己判断是否为接收方。
• 这种发送方式就叫做“广播”（Broadcasting）
• 有了数据包的定义，网卡的 mac 地址、广播的发送方式，“链接层”就可以再多台计算机之间传送数据了。

问题八：理论上有链接层就能传递数据了，为什么还需要网络层？

• 以太网协议，依靠 MAC 地址发送数据。理论上，单单依靠 MAC 地址，上海的网卡就可以找到洛杉矶的网卡了，技术上是可以实现的。
• 但是，这样做有一个重大的缺点。以太网采用广播的方式发送数据包，所有成员人手一“包”，不仅效率低，而且局限在发送者所在子网络。也就是，如果两台计算机不在同一个子网络，广播是传送不过去的。这种设计是合理的，否则互联网上每一台计算机都会收到所有的包，那会引起灾难。
• 互联网是无数个子网络共同组成的一个巨型网络，很难想象厦门和洛杉矶会在同一个子网络，这几乎是不可能的。
• 因此，必须找到一种方法，能够区分哪些 MAC 地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播的方式发送，否则就采用“路由”方式发送。
• 这就导致“网络层”的诞生，他的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做“网络地址”，简称“网址”。
• 于是，“网络层“出现以后，每台计算机有两种地址，一种是 MAC 地址，另一个网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC 地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，他们只是随机组合在一起。
• 网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC 地址则将数据包发送到该子网络中的目标网卡。因此，逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理 MAC 地址。

问题九：什么是 IP 协议？

• 规定网络地址的协议，叫做 IP 协议，它所定义的地址，就被称为 IP 地址。
• 我利用 ”子网掩码“ 集合 IP 地址，来判断两台计算机是否属于同一个子网络。

问题十：什么是 IP 数据包？

• 根据 IP 协议发送的数据，就叫做 IP 数据包。不难想象，其中必定包括 IP 地址信息。
• 但是前面说过，以太数据包值包含 MAC 地址，并没有 IP 地址的栏位。那么是否需要修改数据定义，再添加一个栏位呢？
• 回答是不需要，我们可以把 IP 数据包直接放进以太网数据包的”数据部分”，因此完全不用修改以太网的规格。这就是互联网分层结构的好处，上层的变动完全不涉及下层的结构。

问题十一：什么是ARP协议？

• 因为 IP 数据包是放在以太网数据包里发送的，所以我们必须同时知道两个地址，一个是对方的 MAC 地址，另一个是对方的 IP 地址。通常情况下，对方的 IP 地址是已知的（后文会解释），但是我们不知道它的 MAC 地址。
• 所以我们需要一种机制，能够从 IP地址得到 MAC 地址。
• 这里又可以分两种情况。第一种情况，如果两台主机不在同一个子网络，那么事实上没有办法得到对方的 MAC 地址，只能把数据包传送到两个子网络连接处的“网关”（gateway），让网关去处理。
• 第二种情况，如果两台主机在同一个子网络，那么我们可以用 ARP 协议，得到对方的 MAC 地址。

问题十二：传输层做了些什么事情？

• 有了 MAC 地址和 IP 地址，我们已经可以再互联网上任意两台主机上建立通讯。
• 接下来的问题是，同一台主机有多个程序都需要用到网络，比如，网页浏览，在线聊天。当一个数据包从互联网发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是在线聊天的内容呢？
• 也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。这个参数就叫做“端口”（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。
• “传输层”的功能，就是建立“端口到端口”的通讯。相比之下，“网络层”的功能是建立“主机到主机“的通信。只要确定了主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，Unix 系统就把主机+端口，叫做”套接字“（socket），有了它，就可以进行网络应用程序开发了。