本文參考阮一峰大神博客豺裆。

概述

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Network Protocol）為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則淆攻、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合皇钞。

• 五層模型
  互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)瓤帚，分成好幾層描姚。每一層都有自己的功能涩赢，就像建筑物一樣，每一層都靠下一層支持轩勘。
  用戶接觸到的筒扒，只是最上面的一層，根本沒有感覺到下面的層绊寻。要理解互聯(lián)網(wǎng)花墩，必須從最下層開始，自下而上理解每一層的功能澄步。
  如何分層有不同的模型冰蘑，有的模型分七層，有的分四層村缸。這里將互聯(lián)網(wǎng)分成五層懂缕，比較容易解釋。
  

  五層模型
  
  越下面的層王凑，越靠近硬件；越上面的層聋丝，越靠近用戶索烹。

• 層與協(xié)議
  每一層都是為了完成一種功能。為了實現(xiàn)這些功能弱睦，就需要大家都遵守共同的規(guī)則百姓。
  大家都遵守的規(guī)則，就叫做"協(xié)議"（protocol）况木。
  互聯(lián)網(wǎng)的每一層垒拢，都定義了很多協(xié)議。這些協(xié)議的總稱火惊，就叫做"互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議"（Internet Protocol Suite）求类，它們是互聯(lián)網(wǎng)的核心。

一屹耐、實體層（物理層）

這一層是建立在物理通信介質(zhì)的基礎(chǔ)上尸疆，就是把電腦連接起來的物理手段。因為電腦要組網(wǎng)惶岭，第一步就是把電腦連接起來寿弱，它主要規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)的一些電氣特性，作用是負(fù)責(zé)傳送0和1的電信號按灶。

二症革、鏈接層

電腦收到0和1之后，必須解讀它鸯旁，所以要規(guī)定解讀的方式噪矛，多少個電信號算一組量蕊，每個信號位有什么意義，這就是“鏈接層”的功能摩疑，確定了0和1的分組方式危融。

• 以太網(wǎng)協(xié)議
  以太網(wǎng)規(guī)定，一組電信號構(gòu)成一個數(shù)據(jù)包雷袋，叫做"幀"（Frame）吉殃。每一幀分成兩個部分：標(biāo)頭（Head）和數(shù)據(jù)（Data）。
  

  
  "標(biāo)頭"包含數(shù)據(jù)包的一些說明項楷怒，比如發(fā)送者蛋勺、接受者、數(shù)據(jù)類型等等鸠删；"數(shù)據(jù)"則是數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容抱完。
  "標(biāo)頭"的長度，固定為18字節(jié)刃泡。"數(shù)據(jù)"的長度巧娱，最短為46字節(jié)，最長為1500字節(jié)烘贴。因此禁添，整個"幀"最短為64字節(jié)，最長為1518字節(jié)桨踪。如果數(shù)據(jù)很長老翘，就必須分割成多個幀進(jìn)行發(fā)送。

• Mac地址
  以太網(wǎng)規(guī)定锻离，連入網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備铺峭，都必須具有"網(wǎng)卡"接口。數(shù)據(jù)包必須是從一塊網(wǎng)卡汽纠，傳送到另一塊網(wǎng)卡卫键。網(wǎng)卡的地址，就是數(shù)據(jù)包的發(fā)送地址和接收地址虱朵，這叫做MAC地址永罚。
  

  
  每塊網(wǎng)卡出廠的時候，都有一個全世界獨(dú)一無二的MAC地址卧秘，長度是48個二進(jìn)制位呢袱，通常用12個十六進(jìn)制數(shù)表示。
  前6個十六進(jìn)制數(shù)是廠商編號翅敌，后6個是該廠商的網(wǎng)卡流水號羞福。有了MAC地址，就可以定位網(wǎng)卡和數(shù)據(jù)包的路徑了蚯涮。

• 廣播
  同一個子網(wǎng)絡(luò)中給所有電腦發(fā)送數(shù)據(jù)治专，它們讀取這個包的"標(biāo)頭"卖陵，找到接收方的MAC地址，然后與自身的MAC地址相比較张峰，如果兩者相同泪蔫，就接受這個包，做進(jìn)一步處理喘批，否則就丟棄這個包撩荣。這種發(fā)送方式就叫做"廣播"（broadcasting）。
  

  
  上圖中饶深，1號計算機(jī)向2號計算機(jī)發(fā)送一個數(shù)據(jù)包餐曹，同一個子網(wǎng)絡(luò)的3號、4號敌厘、5號計算機(jī)都會收到這個包台猴。

有了數(shù)據(jù)包的定義、網(wǎng)卡的MAC地址俱两、廣播的發(fā)送方式饱狂，"鏈接層"就可以在多臺計算機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)了。

三宪彩、網(wǎng)絡(luò)層

由于以太網(wǎng)協(xié)議是在子網(wǎng)絡(luò)中通過MAC地址發(fā)送數(shù)據(jù)休讳，一旦不在同一個子網(wǎng)絡(luò)中（如果是同一個子網(wǎng)絡(luò)，就采用廣播方式發(fā)送毯焕，否則就采用"路由"方式發(fā)送。）磺樱，MAC地址就無法辦到了纳猫，所以就有了“網(wǎng)絡(luò)層”的誕生。它的作用是引進(jìn)一套新的地址竹捉，使我們能夠判斷不同的計算機(jī)是否屬于同一個子網(wǎng)絡(luò)中芜辕。這套地址就叫做“網(wǎng)絡(luò)地址”，簡稱“網(wǎng)址”块差。

于是侵续，"網(wǎng)絡(luò)層"出現(xiàn)以后，每臺計算機(jī)有了兩種地址憨闰，一種是MAC地址状蜗，另一種是網(wǎng)絡(luò)地址。兩種地址之間沒有任何聯(lián)系鹉动，MAC地址是綁定在網(wǎng)卡上的轧坎，網(wǎng)絡(luò)地址則是管理員分配的，它們只是隨機(jī)組合在一起泽示。

網(wǎng)絡(luò)地址幫助我們確定計算機(jī)所在的子網(wǎng)絡(luò)缸血，MAC地址則將數(shù)據(jù)包送到該子網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)網(wǎng)卡蜜氨。因此，從邏輯上可以推斷捎泻，必定是先處理網(wǎng)絡(luò)地址飒炎，然后再處理MAC地址。

• IP協(xié)議
  規(guī)定網(wǎng)絡(luò)地址的協(xié)議就叫做IP協(xié)議笆豁。它所定義的地址郎汪，就被稱為IP地址∮婧牵互聯(lián)網(wǎng)上的每一臺計算機(jī)怒竿，都會分配到一個IP地址。這個地址分成兩個部分扩氢，前一部分代表網(wǎng)絡(luò)耕驰，后一部分代表主機(jī)。

子網(wǎng)掩碼：所謂"子網(wǎng)掩碼"录豺，就是表示子網(wǎng)絡(luò)特征的一個參數(shù)朦肘。它在形式上等同于IP地址，也是一個32位二進(jìn)制數(shù)字双饥，它的網(wǎng)絡(luò)部分全部為1媒抠，主機(jī)部分全部為0。用于判斷兩臺計算機(jī)是否屬于同一個子網(wǎng)絡(luò)咏花。

知道"子網(wǎng)掩碼"趴生，我們就能判斷，任意兩個IP地址是否處在同一個子網(wǎng)絡(luò)昏翰。方法是將兩個IP地址與子網(wǎng)掩碼分別進(jìn)行AND運(yùn)算（兩個數(shù)位都為1苍匆，運(yùn)算結(jié)果為1，否則為0）棚菊，然后比較結(jié)果是否相同浸踩，如果是的話，就表明它們在同一個子網(wǎng)絡(luò)中统求，否則就不是检碗。

• IP數(shù)據(jù)包
  根據(jù)IP協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)，就叫做IP數(shù)據(jù)包码邻。IP數(shù)據(jù)包直接放進(jìn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的"數(shù)據(jù)"部分折剃，也分為"標(biāo)頭"和"數(shù)據(jù)"兩個部分。
  

  
  "標(biāo)頭"部分主要包括版本像屋、長度微驶、IP地址等信息，"數(shù)據(jù)"部分則是IP數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容。
  IP協(xié)議的作用主要有兩個因苹，一個是為每一臺計算機(jī)分配IP地址苟耻，另一個是確定哪些地址在同一個子網(wǎng)絡(luò)。

• ARP協(xié)議
  因為IP數(shù)據(jù)包是放在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包里發(fā)送的扶檐，所以我們必須同時知道兩個地址凶杖，一個是對方的MAC地址，另一個是對方的IP地址款筑。通常情況下智蝠，對方的IP地址是已知的，但是我們不知道它的MAC地址奈梳。所以杈湾，我們需要一種機(jī)制，能夠從IP地址得到MAC地址攘须。這就是ARP協(xié)議漆撞。
  這里又可以分成兩種情況。
  第一種情況于宙，如果兩臺主機(jī)不在同一個子網(wǎng)絡(luò)浮驳，那么事實上沒有辦法得到對方的MAC地址，只能把數(shù)據(jù)包傳送到兩個子網(wǎng)絡(luò)連接處的"網(wǎng)關(guān)"（gateway）捞魁，讓網(wǎng)關(guān)去處理至会。
  第二種情況，如果兩臺主機(jī)在同一個子網(wǎng)絡(luò)谱俭，那么我們可以用ARP協(xié)議奉件，得到對方的MAC地址。
  總之昆著，有了ARP協(xié)議之后县貌，我們就可以得到同一個子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)MAC地址，可以把數(shù)據(jù)包發(fā)送到任意一臺主機(jī)之上了宣吱。

四窃这、傳輸層

有了MAC地址和IP地址瞳别，我們已經(jīng)可以在互聯(lián)網(wǎng)上任意兩臺主機(jī)上建立通信征候。同一臺主機(jī)上有許多程序都需要用到網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)一個數(shù)據(jù)包從互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)來的時候祟敛，你怎么知道疤坝，它是表示網(wǎng)頁的內(nèi)容，還是表示在線聊天的內(nèi)容馆铁？

也就是說跑揉，我們還需要一個參數(shù)，表示這個數(shù)據(jù)包到底供哪個程序（進(jìn)程）使用。這個參數(shù)就叫做"端口"（port）历谍，它其實是每一個使用網(wǎng)卡的程序的編號现拒。每個數(shù)據(jù)包都發(fā)到主機(jī)的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的數(shù)據(jù)望侈。

"傳輸層"的功能印蔬，就是建立"端口到端口"的通信。相比之下脱衙，"網(wǎng)絡(luò)層"的功能是建立"主機(jī)到主機(jī)"的通信侥猬。只要確定主機(jī)和端口，我們就能實現(xiàn)程序之間的交流捐韩。因此退唠，Unix系統(tǒng)就把主機(jī)+端口，叫做"套接字"（socket）荤胁。有了它瞧预，就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)了。

• UDP協(xié)議
  UDP協(xié)議就是在數(shù)據(jù)包中加入端口信息寨蹋。
  UDP數(shù)據(jù)包松蒜，也是由"標(biāo)頭"和"數(shù)據(jù)"兩部分組成。
  

"標(biāo)頭"部分主要定義了發(fā)出端口和接收端口已旧，"數(shù)據(jù)"部分就是具體的內(nèi)容秸苗。然后，把整個UDP數(shù)據(jù)包放入IP數(shù)據(jù)包的"數(shù)據(jù)"部分运褪，而前面說過惊楼，IP數(shù)據(jù)包又是放在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包之中的，所以整個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包現(xiàn)在變成了下面這樣：

UDP協(xié)議的優(yōu)點是比較簡單秸讹，容易實現(xiàn)檀咙，但是缺點是可靠性較差，一旦數(shù)據(jù)包發(fā)出璃诀，無法知道對方是否收到弧可。為了解決這個問題，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性劣欢，TCP協(xié)議就誕生了棕诵。

• TCP協(xié)議
  這個協(xié)議非常復(fù)雜，但可以近似認(rèn)為凿将，它就是有確認(rèn)機(jī)制的UDP協(xié)議校套，每發(fā)出一個數(shù)據(jù)包都要求確認(rèn)。如果有一個數(shù)據(jù)包遺失牧抵，就收不到確認(rèn)笛匙，發(fā)出方就知道有必要重發(fā)這個數(shù)據(jù)包了侨把。

因此，TCP協(xié)議能夠確保數(shù)據(jù)不會遺失妹孙。它的缺點是過程復(fù)雜秋柄、實現(xiàn)困難、消耗較多的資源蠢正。TCP數(shù)據(jù)包和UDP數(shù)據(jù)包一樣华匾，都是內(nèi)嵌在IP數(shù)據(jù)包的"數(shù)據(jù)"部分。TCP數(shù)據(jù)包沒有長度限制机隙，理論上可以無限長蜘拉，但是為了保證網(wǎng)絡(luò)的效率，通常TCP數(shù)據(jù)包的長度不會超過IP數(shù)據(jù)包的長度有鹿，以確保單個TCP數(shù)據(jù)包不必再分割旭旭。

五、應(yīng)用層

"應(yīng)用層"的作用葱跋，就是規(guī)定應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)格式持寄。

舉例來說，TCP協(xié)議可以為各種各樣的程序傳遞數(shù)據(jù)娱俺，比如Email稍味、WWW、FTP等等荠卷。那么模庐，必須有不同協(xié)議規(guī)定電子郵件、網(wǎng)頁油宜、FTP數(shù)據(jù)的格式掂碱，這些應(yīng)用程序協(xié)議就構(gòu)成了"應(yīng)用層"。

這是最高的一層慎冤，直接面對用戶疼燥。它的數(shù)據(jù)就放在TCP數(shù)據(jù)包的"數(shù)據(jù)"部分。因此蚁堤，現(xiàn)在的以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包就變成下面這樣醉者。

至此，整個互聯(lián)網(wǎng)的五層結(jié)構(gòu)披诗，自下而上全部講完了撬即。這是從系統(tǒng)的角度，解釋互聯(lián)網(wǎng)是如何構(gòu)成的藤巢。