ส่วนหัวและสัมภาระบรรทุก

แพ็กเก็ตมีสองส่วน เหมือนพัสดุที่มีป้ายกำกับ

• สัมภาระบรรทุก คือข้อมูลจริงที่กำลังถูกส่ง เช่น ส่วนหนึ่งของรูปภาพ
• ส่วนหัว คือป้ายกำกับที่บอกว่าใครเป็นผู้ส่ง จะส่งไปที่ไหน และเป็นลำดับที่เท่าไร

เราเตอร์จะอ่านส่วนหัวเพื่อตัดสินใจว่าจะส่งแพ็กเก็ตไปที่ไหนต่อ โดยไม่จำเป็นต้องดูสัมภาระบรรทุกเลย โดยทั่วไป ส่วนหัวจะมีช่องข้อมูลต่าง ๆ เช่น:

• ที่อยู่ต้นทาง: แพ็กเก็ตมาจากที่ไหน
• ที่อยู่ปลายทาง: แพ็กเก็ตกำลังจะไปที่ไหน
• หมายเลขลำดับ: นี่คือส่วนที่เท่าไรของข้อความ (เพิ่มโดย TCP, โลกที่ 5)
• เวลาที่มีชีวิตอยู่ (TTL): ตัวนับที่ป้องกันไม่ให้แพ็กเก็ตที่สูญหายเดินทางไปเรื่อย ๆ (โลกที่ 2)
• เช็กซัม: จำนวนเล็ก ๆ สำหรับตรวจหาความเสียหาย (บทเรียนถัดไป)

ชั้นและการห่อหุ้ม การส่งข้อมูลถูกแบ่งออกเป็นงานต่าง ๆ และแต่ละงานทำโดย ชั้น หนึ่งชั้น โมเดล TCP/IP แบบง่ายมี 4 ชั้น เรียงจากบนลงล่าง:

• แอปพลิเคชัน: ภาษาของโปรแกรมเอง เช่น HTTP สำหรับเว็บ หรือ DNS สำหรับชื่อ
• การขนส่ง: แบ่งข้อมูลออกเป็นส่วน ๆ และติดตามข้อมูล โดยใช้ TCP หรือ UDP และใช้ หมายเลขพอร์ต เพื่อบอกว่าข้อมูลมีไว้สำหรับโปรแกรมใด
• อินเทอร์เน็ต: กำหนดที่อยู่ให้แพ็กเก็ตและกำหนดเส้นทางข้ามเครือข่าย นี่คือ IP หรือ Internet Protocol
• ลิงก์: เคลื่อนย้ายแพ็กเก็ตผ่านการเชื่อมต่อหนึ่งช่วงด้วยไวไฟหรือสายเคเบิล Ethernet

เมื่อข้อมูลเคลื่อนลงมาตามชั้นต่าง ๆ แต่ละชั้นจะเพิ่มส่วนหัวของตัวเองเข้าไป เหมือนใส่จดหมายลงในเยื่อหุ้ม แล้วใส่เยื่อหุ้มลงในกล่อง จากนั้นใส่กล่องลงในถุงไปรษณีย์ กระบวนการนี้เรียกว่า การห่อหุ้ม ผู้รับจะแกะชั้นต่าง ๆ ออกในลำดับย้อนกลับ นั่นจึงเป็นเหตุผลที่แพ็กเก็ตหนึ่งชุดมีหมายเลขพอร์ต ที่อยู่ IP และที่อยู่ฮาร์ดแวร์อยู่ด้วยกัน

ที่อยู่บนแพ็กเก็ต: IP ที่อยู่ IPv4 มีขนาด 32 บิต เขียนเป็นตัวเลขสี่ชุดตั้งแต่ 0 ถึง 255 คั่นด้วยจุด เช่น 192.0.2.42 ตัวเลขแต่ละชุดเก็บอยู่ใน 8 บิต (หนึ่งไบต์) 32 บิตทำให้มีที่อยู่ที่เป็นไปได้ 2³² = 4,294,967,296 ที่อยู่ หรือประมาณ 4.3 พันล้านที่อยู่ ในช่วงทศวรรษ 1980 จำนวนนี้ดูเหมือนจะเหลือเฟือ แต่ไม่พอสำหรับโทรศัพท์ แล็ปท็อป และเซนเซอร์ทุกเครื่องบนโลก

มีสองสิ่งที่ช่วยแก้ปัญหานี้ได้:

• IPv6 ใช้ 128 บิต ทำให้มีที่อยู่ได้ประมาณ 3.4 × 10³⁸ ที่อยู่ ที่อยู่ของมันเขียนเป็นเลขฐานสิบหกโดยใช้เครื่องหมายโคลอน เช่น 2001:db8::42 และสามารถย่อเลขศูนย์ด้วยโคลอนคู่ได้
• ที่อยู่ส่วนตัวและ NAT ช่วงที่อยู่บางช่วงสงวนไว้สำหรับใช้ภายในบ้านหรือบริษัท และจะไม่ถูกส่งผ่านอินเทอร์เน็ต: 10.0.0.0 ถึง 10.255.255.255, 172.16.0.0 ถึง 172.31.255.255 และ 192.168.0.0 ถึง 192.168.255.255 เราเตอร์ของคุณแบ่งปันที่อยู่สาธารณะ หนึ่ง ที่อยู่ให้กับอุปกรณ์ทั้งหมดของคุณด้วยวิธีที่เรียกว่า NAT (การแปลที่อยู่เครือข่าย) นี่คือสาเหตุที่บ้านหลายล้านหลังสามารถใช้ 192.168.1.x พร้อมกันได้

ที่อยู่สองชนิด อุปกรณ์ยังมี ที่อยู่ MAC ซึ่งเป็นตัวเลขฐานสิบหกหกคู่ เช่น 00:1A:2B:3C:4D:5E ที่ใช้ระบุฮาร์ดแวร์เครือข่ายของอุปกรณ์ วิธีจำความแตกต่างง่าย ๆ คือ ที่อยู่ IP บอกว่าอุปกรณ์อยู่ ที่ไหน บนเครือข่ายในขณะนั้น ส่วนที่อยู่ MAC บอกว่าอุปกรณ์นั้นคือ ฮาร์ดแวร์ชิ้นไหน IP นำพาแพ็กเก็ตข้ามอินเทอร์เน็ต ส่วนที่อยู่ MAC ใช้สำหรับการส่งต่อครั้งสุดท้ายบนเครือข่ายท้องถิ่นของคุณ พอร์ตเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่แตกต่างออกไป: เป็นจำนวนตั้งแต่ 0 ถึง 65,535 ที่บอกว่าข้อมูลนั้นส่งไปให้โปรแกรมใดบนอุปกรณ์ คุณจะได้พบกับพอร์ตใน World 5

เมื่อนำทุกอย่างมารวมกัน: การเดินทางของแพ็กเก็ตคือชุดของการส่งต่อหลายทอด ในแต่ละทอด ชั้นลิงก์จะใช้ที่อยู่ฮาร์ดแวร์สำหรับการส่งต่อทอดนั้น ส่วนที่อยู่ IP จะเหมือนเดิมตั้งแต่ต้นจนจบ