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TCP/IP 協定與 Internet 網路：第五章 網際層協定 下一頁
翻轉工作室：粘添壽
第五章 網際層協定
5-1 網際層簡介
網際層（Internet Layer）相當於 OSI 參考模式的網路層（如圖 1-6 所示），負責處理資料在工作站間傳送時的路徑選擇問題，其中包含建立、維護、以及結束兩部工作站之間的連線。我們用圖 5-1 來說明網際層在 Internet 網路之中所扮演的功能，其中，網路存取層提供兩網路端點之間的媒介存取，以及資料傳輸流動的管理，基本上還是在同一邏輯網路內。但在網際層所提供的通訊連線，也許會跨越連結許多不同型態的網路，也就是說，在浩瀚無涯的網路之中，如何達成兩部工作站之間的連線，這就是網際層所提供的功能，因此，網際層又稱之為『工作站對工作站的連線』（Station-to-Station Connection）。如圖 5-1 中，工作站 A 和工作站 B 也許位於地球的兩端，如何來達到它們之間的連線，這是網際層所必須提供的服務，其中包含如何尋找到達的路徑，以及它們之間的資料傳送，在這連線之間也許會經由許多不同型態的實體網路，譬如 Ethernet 網路、Token-Ring 網路、廣域網路之傳輸網路等等，這些實體網路之間的連線問題，是由該地區的網路存取層負責。也就是說，一條網際層連線，也許是由許多不同型態的網路存取層所構成，亦或許是由多條網路存取層連線銜接而成。
圖 5-1 網際層之工作站對工作站連線
5-1-1 網際層通訊協定
Internet 網路為了能連結遠端地區（全球網路）電腦之間的通訊，因此網際層採用變異性較高的電報傳輸（Datagram）方式，亦是『網際協定』（Internet Protocol, IP），其中包含下列幾項重要通訊軟體：
● IP（Internet Protocol）：網際通訊協定。提供複雜網路之間路徑選擇的功能，遠端之間的電腦可透過 IP 協定尋找出對方位址，並將其連接在一起。
● ARP（Address Resolution Protocol）：位址解析協定。工作站可透過 ARP 協定以對方（使用者）的網路位址（IP 位址），來查問它的網路實體位址（Ethernet 位址）。
● RARP（Reverse Address Resolution Protocol）：反向位址解析協定。使用者透過RARP 協定以本身的網路實體位址（Ethernet 位址），向網路上其它工作站（如名稱伺服器）詢問（或要求）本身的網路位址（IP 位址）。
5-1-2 網際層訊框包裝
在 Internet 網路上，上層通訊協定（TCP 或 UDP）、網際層的 ICMP 與 IGMP 封包都包裝在 IP 封包之內，以 IP 方式傳輸，但 ARP 和 RARP 因牽涉到實體網路位址，而以獨立封包格式傳送，因此，在網路存取層（如 Ethernet 網路）上，所接受的上層訊框格式有如圖 5-2 與 5-3 所示之三種格式。
早期 Ethernet 委員會是以圖 5-2 定義 Ethernet 與 IP 封包格式（RFC 894），在此封包內並沒有 802.2 LLC 的標頭。當時的想法是 IP 封包為非連接方式，針對每一封包都是獨立的傳送，並不需要再闢一個連接導向的 LLC 層。後來 IEEE 委員會希望 802.3 協定也可能適用於連接導向的區域網路上，譬如，NetBIOS（Windows 2000） 或 AppleTalk 上，因此再設計圖 5-3 的訊框格式（RFC 1024），其中就包含了 IEEE 802.2 的封包標頭。
圖 5-2 網際層封包與 Ethernet 訊框包裝
圖 5-3 網際層封包與 802.2/802.3 訊框包裝
一般網路卡都必須能接收與傳送這兩種訊框格式的功能，兩者最大的區分在於 Ethernet 封包並沒有長度（Length）欄位，而直接以型態（Type）欄位取代。區分這兩種訊框有兩個方法：
(1) 802.2/802.3 訊框的長度大小不可能會和型態欄位內容相同（0x0800、0x0806、0x0835），因為訊框長度最高為 1500 位元值，不可能會超過 0x0800（2048）。因此我們只要由該欄位的內容就可判斷出是屬於 802.2/802.3 或 Ethernet 訊框。
(2) 在訊框的前置訊號（Preamble）加入特殊碼代表。一般會在 Ethernet 訊框的前置訊號最後一個位元（Start Delimiter, SD）以 0xD5 表示，可用來區分兩種不同的訊框格式。
在圖 5-2 與 5-3 中，各欄位大小皆以位元組表示，其中 802.3 MAC 為 802.3 訊框的標頭；802.2 LLC 為邏輯鏈路控制的標頭包裝。802.2 SNAP（Sub-Network Access Protocol）為次網路存取標示包裝，其中 org code 都是 0，再以 Type 欄位分辨封包格式，以 0x0800 表示所承載之協定單元為 IP 封包；0x0806 為 ARP 封包；0x0835 為 RARP 封包。如果是 Ethernet 封裝的話，IP 最大承載的資料為 1500 位元組；而 802.3 訊框包裝，則 IP 最大傳輸量為 1492 位元組。基本上，ARP 和 RARP 所傳送的訊息只有 28 位元組，但為了補足 802.3 的最小訊框長度，因此以 10（802.3）或 18（Ethernet）位元組的 PAD 欄位來填補。
圖 5-4 是以 Windows 2000 上的網路監視器所擷取的 Ethernet 訊框格式（有關網路監視器的使用方法請參閱附錄 A），該訊框的產生是由 Windows 2000 執行下列命令所得之訊框。
> telnet 163.15.2.62 <Enter>
其中訊框長度（Frame Length）是由計算所得（66 Bytes），並非在訊框欄位上，此訊框之格式如圖 5-5 所示。
圖 5-4 Telnet 命令所擷取之 Ethernet 封包格式
圖 5-5 Ethernet 封裝擷取範例