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计算机是怎样跑起来的 9.8 实验7：查看IP地址和MAC地址的对应关系
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在因特网的世界中，到处传输的都是附带了IP地址的数据，但能够标识作为数据最终接收者的网卡的，还是MAC地址。于是在计算机中就加入了一种程序，用于实现由IP地址到MAC地址的转换，这种功能被称为ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）
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ARP的工作方式很有意思。它会对LAN中的所有计算机提问：有谁的IP地址是210.160.205.80吗？有的话请把你的MAC地址告诉我。通常把这种同时向LAN内所有计算机发送数据的过程称为“广播”（Broadcast）。通过广播询问，如果有某台计算机回复了MAC地址，那么这台计算机的IP地址和MAC地址的对应关系也就明确了。ARP的工作流程也是自动进行的，使用网络的用户不会意识到
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如果为了查询MAC地址，每次都要进行广播询问，那么数据传输的效率就会降低，于是ARP提供了缓存功能，每次询问前，先在缓存中查询，如果没有再进行广播询问，然后把得到的MAC地址和IP地址的对应关系缓存起来（临时保存在内存中），保存起来的这些对应关系信息称为“ARP缓存表”。只要在命令提示符窗口中执行arp –a命令，就可以查看当前ARP缓存表中的内容。那么，作为最后的实验，来查看一下ARP缓存表
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图9.12 用arp –a命令输出ARP缓存表
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计算机是怎样跑起来的 9.9 TCP/IP的作用及TCP/IP网络的层次模型
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最后补充说明一些内容。TCP/IP这个词表示在网络上同时使用了TCP和IP两种协议。正如前面讲解的那样，IP协议用于指定数据发送的目的地的IP地址以及通过路由器转发数据；TCP协议用于通过数据发送者和接收者相互回应对方发来的确认信号，可靠地传输数据。通常把像这样的数据传送方式称为“握手”（Handshake）（如图9.13所示）
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图9.13 TCP的握手过程
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TCP协议还规定，发送者要先把原始的大数据分割成包（packet，分组）为单位的数据单元，然后再发送，而接收者要把收到的包（分组）拼装在一起还原出原始数据
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在之前的讲解中，一直把协议和约束等同起来，但恐怕还是会有人觉得协议这个词难以理解。正因为发送者和接收者都遵循了相同的约束，双方才能相互发送数据。为了能够在约束下收发数据，操作系统将实现了TCP和IP等协议的程序作为自身的一部分功能提供。遵循约束表现在统一数据的格式上，例如，电子邮件正文等数据，并不是原封不动地发送出去的，而是先通过实现了TCP协议的程序附加上遵守TCP约束所需的信息，然后再通过实现了IP协议的程序，进一步附加上遵守IP约束所需的信息，实际上计算机发送的是以包（分组）为单位的，附加了各种各样信息的数据（如图9.14所示）
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图9.14 附加了各种各样信息的数据包（分组）
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硬件上发送数据的是网卡，在网卡之上是设备驱动程序（用于控制硬件的程序），设备驱动程序之上是实现了IP协议的程序，IP程序之上则是实现了TCP协议的程序，再向上才是应用程序，比如浏览器和电子邮件客户端。这样就构成了一幅在硬件之上堆叠了若干个软件层的示意图（如图9.15所示）
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图9.15 实现了TCP/IP网络的程序的层次
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TCP协议使用称为“TCP端口号”的数字识别上层的应用程序。TCP端口号中有一些是预先定义好的，如Web使用80端口，电子邮件使用25端口（用于发送）和110端口（用于接收）
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对于至今为止一直在使用却不知其所以然的网络，一旦了解了其中的原理，就会觉得很有成就感。但目前为止我们通过实验所掌握的只不过是TCP/IP网络的基础知识。如果想要了解得更加深入，建议去学习有关TCP/IP的专业书籍。只要掌握了本章所讲解的基础知识，在即使在这之前还觉得那些书难以理解，现在也应该可以看懂了。在深入学习的阶段，如果有条件进行实验，那么务必动手做一做，因为通过实验学到的知识，往往会掌握的更扎实、记忆的更牢靠
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在接下来的第10章，讲解与网络安全相关的加密技术和身份认证机制。
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