信號(hào)的傳輸總要符合一定的協(xié)議(protocol)。

比如說(shuō)長(zhǎng)城上放狼煙峭咒，是因?yàn)槿藗円呀?jīng)預(yù)先設(shè)定好狼煙這個(gè)物理信號(hào)代表了“敵人入侵”這一抽象信號(hào)珊肃。

這樣一個(gè)“狼煙=敵人入侵”就是一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議。

協(xié)議可以更復(fù)雜措嵌，比如摩爾斯碼(Morse Code)，使用短信號(hào)和長(zhǎng)信號(hào)的組合稿湿，來(lái)代表不同的英文字母铅匹。

比如SOS(---, * 代表短信號(hào)押赊，-代表長(zhǎng)信號(hào))饺藤。這樣* = S, ---=O"就是摩爾斯碼規(guī)定的協(xié)議。然而更進(jìn)一層流礁，人們會(huì)知道SOS是求助信息涕俗，原因是我們有“SOS=求救”這個(gè)協(xié)議存在在腦海里。

所以"---=SOS=求救"是一個(gè)由兩個(gè)協(xié)議組成的分層通信系統(tǒng)神帅。

互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是一系列的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議再姑，這個(gè)協(xié)議就叫 OSI協(xié)議（一系列協(xié)議），按照功能不同找御，分工不同元镀，人為的分層七層绍填。實(shí)際上這個(gè)七層是不存在的。沒(méi)有這七層的概念栖疑，只是人為的劃分而已讨永。區(qū)分出來(lái)的目的只是讓你明白哪一層是干什么用的。

每一層都運(yùn)行不同的協(xié)議遇革。協(xié)議是干什么的卿闹，協(xié)議就是標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際上還有人把它劃成五層萝快、四層锻霎。

七層劃分為：應(yīng)用層、表示層揪漩、會(huì)話層旋恼、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層奄容、數(shù)據(jù)鏈路層蚌铜、物理層。

五層劃分為：應(yīng)用層嫩海、傳輸層冬殃、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層叁怪、物理層审葬。

四層劃分為：應(yīng)用層、傳輸層奕谭、網(wǎng)絡(luò)層涣觉、網(wǎng)絡(luò)接口層。

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物理層（physical layer）：

字面意思解釋：物理傳輸血柳、硬件官册、物理特性。所謂的物理層难捌，是指光纖膝宁、電纜或者電磁波等真實(shí)存在的物理媒介。在深圳的你與北京的朋友聊天根吁，你的電腦必須要能上網(wǎng)员淫，物理體現(xiàn)是什么？是不是接一根網(wǎng)線击敌，插個(gè)路由器介返，北京的朋友那邊是不是也有根網(wǎng)線，也得插個(gè)路由器。也就是說(shuō)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信圣蝎，必須要有底層物理層方面的連通刃宵，就類似于你打電話，中間是不是必須得連電話線徘公。

中間的物理鏈接可以是光纜组去、電纜、雙絞線步淹、無(wú)線電波从隆。這些媒介可以傳送物理信號(hào)，比如亮度缭裆、電壓或者振幅键闺。對(duì)于數(shù)字應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我們只需要兩種物理信號(hào)來(lái)分別表示0和1澈驼，比如用高電壓表示1辛燥，低電壓表示0，就構(gòu)成了簡(jiǎn)單的物理層協(xié)議缝其。針對(duì)某種媒介挎塌，電腦可以有相應(yīng)的接口，用來(lái)接收物理信號(hào)内边，并解讀成為0/1序列榴都。中間傳的是電信號(hào)，即010101...這些二進(jìn)制位漠其。

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底層傳輸?shù)?10010101001...這些二級(jí)制位怎么才能讓它有意義呢嘴高？

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要讓這些010010101001...有意思，人為的分組再適合不過(guò)了和屎，8位一組拴驮，發(fā)送及接收都按照8位一組來(lái)劃分。接收到8位為一組的話柴信，那么就可以按照這8位數(shù)來(lái)做運(yùn)算套啤。如果沒(méi)有分組，對(duì)方接收的計(jì)算機(jī)根本就不知道從哪一位開(kāi)始來(lái)做計(jì)算随常，也解析不了收到的數(shù)據(jù)潜沦。我發(fā)了16位你就按照16位來(lái)做計(jì)算嗎？我發(fā)100位你就按照100位做計(jì)算嗎线罕？沒(méi)什么意義是吧止潮。因此要想讓底層的電信號(hào)有意義，必須要把底層的電信號(hào)做分組钞楼。我做好8位一組，那么我收到數(shù)據(jù)袄琳，我就知道這幾個(gè)8位做一組询件，這幾個(gè)8位做一組燃乍。那么每個(gè)8位就可以得到一個(gè)確定的數(shù)。分組是誰(shuí)干的活呢宛琅？物理層干不了刻蟹，這個(gè)是數(shù)據(jù)鏈路層干的。

數(shù)據(jù)鏈路層

早期的時(shí)候嘿辟，數(shù)據(jù)鏈路層就是來(lái)對(duì)電信號(hào)來(lái)做分組的舆瘪。以前每個(gè)公司都有自己的分組方式，非常的亂红伦，后來(lái)形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)就是協(xié)議）英古，即以太網(wǎng)協(xié)議Ethernet。

Ethernet規(guī)定一組電信號(hào)稱之為一個(gè)數(shù)據(jù)包昙读，或者叫做一個(gè)“幀”召调。所謂的“幀” ，是一段有限的0/1序列蛮浑。

連接層協(xié)議的功能就是識(shí)別0/1序列中所包含的幀唠叛。比如說(shuō)，根據(jù)一定的0/1組合識(shí)別出幀的起始和結(jié)束沮稚。在幀中艺沼，有收信地址(Source, SRC)和送信地址(Destination, DST)，還有能夠探測(cè)錯(cuò)誤的校驗(yàn)序列(Frame Check Sequence)蕴掏。當(dāng)然澳厢，幀中最重要的最重要是所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù) (payload)。這些數(shù)據(jù)往往符合更高層協(xié)議囚似，供網(wǎng)絡(luò)的上層使用剩拢。與數(shù)據(jù)相配套，幀中也有數(shù)據(jù)的類型(Type)信息饶唤。連接層協(xié)議不關(guān)心數(shù)據(jù)中到底包含什么徐伐。幀就像是一個(gè)信封，把數(shù)據(jù)包裹起來(lái)募狂。

• 每一數(shù)據(jù)幀分成：報(bào)頭head和數(shù)據(jù)data兩部分

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head包含：（固定18個(gè)字節(jié)）

• 發(fā)送者（源地址办素，6個(gè)字節(jié)）

• 接收者（目標(biāo)地址，6個(gè)字節(jié)）

• 數(shù)據(jù)類型（6個(gè)字節(jié)）

data包含：（最短46字節(jié)祸穷，最長(zhǎng)1500字節(jié)）

• 數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容

head長(zhǎng)度+data長(zhǎng)度=最短64字節(jié)性穿，最長(zhǎng)1518字節(jié)，超過(guò)最大限制就分片發(fā)送雷滚。

這就像寫(xiě)信需曾，發(fā)送者的地址（源地址）就是你家的地址，接收者地址（目標(biāo)地址）就是對(duì)方的收信地址，你家的路由器就相當(dāng)于郵局呆万。其實(shí)在計(jì)算機(jī)通信中的源地址和目標(biāo)地址指的是mac地址商源。

Mac地址的由來(lái)：

head中包含的源和目標(biāo)地址由來(lái)：Ethernet規(guī)定接入Internet的設(shè)備都必須具備網(wǎng)卡，發(fā)送端的和接收端的地址便是指網(wǎng)卡的地址谋减，即Mac地址牡彻。

每塊網(wǎng)卡出廠時(shí)都被燒錄上一個(gè)實(shí)際上唯一的Mac地址，長(zhǎng)度為48位2進(jìn)制出爹，通常由12位16進(jìn)制數(shù)表示庄吼，（前六位是廠商編碼，后六位是流水線號(hào)）

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有了mac地址以后严就，計(jì)算機(jī)就可以通信了总寻，假設(shè)一個(gè)教室就是一個(gè)局域網(wǎng)（隔離的網(wǎng)絡(luò)），這個(gè)教室里面有幾臺(tái)計(jì)算機(jī)盈蛮，計(jì)算機(jī)的通信和人的通信是一個(gè)道理废菱，把教室里面的人都比作一個(gè)個(gè)計(jì)算機(jī)，假設(shè)教室里面的人都是瞎子抖誉，其實(shí)計(jì)算機(jī)就是瞎子的殊轴，計(jì)算機(jī)通信基本靠吼，現(xiàn)在我要找教室里面的飛哥要戰(zhàn)狼2的片袒炉，然后我就吼一聲旁理，說(shuō)我要找飛哥要戰(zhàn)狼2的片，戰(zhàn)狼2的片就屬于我的數(shù)據(jù)我磁，但是我在發(fā)的時(shí)候我是不是要標(biāo)識(shí)我是誰(shuí)孽文，我要找誰(shuí)，我是誰(shuí)就是我的mac地址夺艰，我要找誰(shuí)就是飛哥的mac地址芋哭，這兩個(gè)地址做數(shù)據(jù)包的頭部，再加上數(shù)據(jù)戰(zhàn)狼2的片就構(gòu)成了一個(gè)數(shù)據(jù)幀郁副。

這個(gè)數(shù)據(jù)包封裝好以后就往外發(fā)减牺，到物理層以后就全部轉(zhuǎn)成二級(jí)制，往外發(fā)是怎么發(fā)的呢存谎？就是靠吼拔疚。即“我是Edison，我找飛哥要戰(zhàn)狼2的片”既荚。這么吼了一嗓子以后稚失，全屋子的人都能聽(tīng)到，這就是廣播恰聘。

計(jì)算機(jī)底層句各，只要在一個(gè)教室里（一個(gè)局域網(wǎng)）吸占，都是靠廣播的方式，吼诫钓。

局域網(wǎng)的理解：什么是互聯(lián)網(wǎng)旬昭，互聯(lián)網(wǎng)就是由一個(gè)個(gè)局域網(wǎng)組成篙螟，局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)不管是對(duì)內(nèi)還是對(duì)外都是靠吼菌湃，這就是數(shù)據(jù)鏈路層的工作方式-----廣播。

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廣播出去以后遍略，所有人都聽(tīng)得見(jiàn)惧所，所有人都會(huì)拆開(kāi)這個(gè)包，讀發(fā)送者是誰(shuí)绪杏，接收者是誰(shuí)下愈，只要接收者不是自己就丟棄掉。對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)蕾久，它會(huì)看自己的Mac地址势似，飛哥收到以后，他就會(huì)把片發(fā)給我僧著，發(fā)送回來(lái)同樣采用廣播的方式了履因，靠吼。

同一個(gè)教室（同一個(gè)局域網(wǎng)）的計(jì)算機(jī)靠吼來(lái)通信盹愚，那不同教室的計(jì)算機(jī)又如何栅迄？

比如說(shuō)局域網(wǎng)1的pc1與局域網(wǎng)2的pc10如何通信？你在教室1（局域網(wǎng)1）吼皆怕，教室2（局域網(wǎng)2）的人肯定是聽(tīng)不見(jiàn)的毅舆。這就是跨網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)鏈路層就解決不了這個(gè)問(wèn)題了愈腾，這就得靠網(wǎng)絡(luò)層出面了憋活。

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在講網(wǎng)絡(luò)層之前，其實(shí)基于廣播的這種通信就可以實(shí)現(xiàn)全世界通信了虱黄，你吼一聲悦即，如果全世界是一個(gè)局域網(wǎng)，全世界的計(jì)算機(jī)肯定可以聽(tīng)得見(jiàn)礁鲁，從理論上似乎行得通盐欺，如果全世界的計(jì)算機(jī)都在吼，你想一想仅醇，這是不是一個(gè)災(zāi)難冗美。因此，全世界不能是一個(gè)局域網(wǎng)析二。于是就有了網(wǎng)絡(luò)層粉洼。

網(wǎng)絡(luò)層（network layer）：

網(wǎng)絡(luò)層定義了一個(gè)IP協(xié)議节预，

你想，我是這個(gè)教室的一個(gè)學(xué)生属韧，我想找隔壁教室一個(gè)叫老王的學(xué)生安拟，我也不認(rèn)識(shí)老王，那怎么辦，我吼菲驴？老王在另外一個(gè)教室肯定是聽(tīng)不到的欣硼。找教室的負(fù)責(zé)人，這個(gè)教室的負(fù)責(zé)人就負(fù)責(zé)和隔壁教室的負(fù)責(zé)人說(shuō)話拙泽，說(shuō)我們教室的有個(gè)學(xué)生要找你們教室的老王。往外傳的東西交給負(fù)責(zé)人就可以了裸燎，內(nèi)部的話上面已經(jīng)提到顾瞻，通過(guò)廣播的方式，對(duì)外的東西廣播失效德绿。教室的負(fù)責(zé)人就是網(wǎng)關(guān)荷荤，網(wǎng)關(guān)即網(wǎng)絡(luò)關(guān)口的意思。

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Mac地址是用來(lái)標(biāo)識(shí)你這個(gè)教室的某個(gè)位置移稳，IP地址是用來(lái)標(biāo)識(shí)你在哪個(gè)教室（哪個(gè)局域網(wǎng)）蕴纳。你要跨網(wǎng)絡(luò)發(fā)包你是不是要知道對(duì)方的IP地址，比如你要訪問(wèn)百度秒裕，你肯定得知道百度服務(wù)器的IP地址袱蚓。計(jì)算機(jī)在發(fā)包前，會(huì)判斷你在哪個(gè)教室几蜻，對(duì)方在哪個(gè)教室喇潘，如果在一個(gè)教室，基于mac地址的廣播發(fā)包就OK了梭稚；如果不在一個(gè)教室颖低，即跨網(wǎng)絡(luò)發(fā)包，那么就會(huì)把你的包交給教室負(fù)責(zé)人（網(wǎng)關(guān)）來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)弧烤。Mac地址及IP地址唯一標(biāo)識(shí)了你在互聯(lián)網(wǎng)中的位置忱屑。

數(shù)據(jù)鏈路層中會(huì)把網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包封裝到數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)位置，然后再添加上自己的包頭暇昂，再發(fā)給物理層莺戒，物理層發(fā)給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)給對(duì)方教室的網(wǎng)關(guān)急波，對(duì)方教室的網(wǎng)關(guān)收到后在那個(gè)教室做廣播从铲。

在數(shù)據(jù)鏈路層看，數(shù)據(jù)封裝了兩層澄暮，跟玩俄羅斯套娃有點(diǎn)類似名段，一層套了一層阱扬。

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最終變成

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現(xiàn)在來(lái)看另一個(gè)問(wèn)題，在吼之前怎么知道對(duì)方的Mac地址伸辟？這就得靠ARP協(xié)議麻惶。

ARP協(xié)議的由來(lái)：在你找飛哥要片之前，你的先干一件事信夫，想辦法知道飛哥的Mac地址窃蹋。即你的機(jī)器必須先發(fā)一個(gè)ARP包出去，ARP也是靠廣播的方式發(fā)忙迁，ARP發(fā)送廣播包的方式如下：

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局域網(wǎng)中怎么獲取對(duì)方的Mac地址：

肯定要知道對(duì)方的IP地址脐彩，這是最基本的碎乃，就像你要訪問(wèn)百度姊扔，肯定得知道百度的域名，域名就是百度的IP地址梅誓。自己的IP可以輕松獲得恰梢，自己的Mac也輕松獲取，目標(biāo)Mac為12個(gè)F梗掰，我們叫廣播地址嵌言，表達(dá)的意思是我想要獲取這個(gè)目標(biāo)IP地址172.16.10.11的機(jī)器的Mac地址。Mac為12個(gè)F代表的是一種功能及穗，這個(gè)功能就是獲取對(duì)方的MAC地址摧茴，計(jì)算機(jī)的Mac永遠(yuǎn)不可能是12個(gè)F。假設(shè)是在本教室廣播埂陆，一嗓子吼出去了苛白，所有人開(kāi)始解包，只有IP地址是172.16.10.11的這個(gè)人才會(huì)返回他的Mac地址焚虱，其他人全部丟棄购裙。發(fā)回來(lái)源Mac改成飛哥自己的Mac地址，同時(shí)把飛哥的Mac地址放在數(shù)據(jù)部分鹃栽。

跨網(wǎng)絡(luò)怎么獲取對(duì)方的Mac地址：

通過(guò)IP地址區(qū)分躏率，計(jì)算機(jī)運(yùn)算判斷出飛哥不在同一個(gè)教室，目標(biāo)IP就變成了網(wǎng)關(guān)的IP了民鼓。網(wǎng)關(guān)的IP在計(jì)算機(jī)上配死了薇芝，可以輕松獲取。

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這樣網(wǎng)關(guān)就會(huì)把它的Mac地址返回給你丰嘉，然后正常發(fā)包

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網(wǎng)關(guān)幫你去找飛哥夯到，但對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，我們根本就感覺(jué)不到網(wǎng)關(guān)的存在供嚎。

傳輸層（transport layer）

上面的三層協(xié)議讓不同的計(jì)算機(jī)之間可以通信黄娘。但計(jì)算機(jī)中實(shí)際上有許多個(gè)進(jìn)程峭状，每個(gè)進(jìn)程都可能有通信的需求。這就好像一所房子里住了好幾個(gè)人（進(jìn)程）逼争，如何讓信精確的送到某個(gè)人手里呢优床？遵照之前相同的邏輯，我們需要在信紙上寫(xiě)上新的信息誓焦，比如收信人的姓名胆敞，才可能讓信送到。所以杂伟，傳輸層就是在信紙的空白上寫(xiě)上新的“收信人”信息移层。每一所房子會(huì)配備一個(gè)管理員(傳輸層協(xié)議)。管理員從郵差手中接過(guò)信赫粥，會(huì)根據(jù)“收信人”观话，將信送給房子中的某個(gè)人。

傳輸層的由來(lái)：網(wǎng)絡(luò)層的ip幫我們區(qū)分子網(wǎng)越平，以太網(wǎng)層的mac幫我們找到主機(jī)频蛔，然后大家使用的都是應(yīng)用程序，你的電腦上可能同時(shí)開(kāi)啟qq秦叛，暴風(fēng)影音晦溪，等多個(gè)應(yīng)用程序，

那么我們通過(guò)ip和mac找到了一臺(tái)特定的主機(jī)挣跋，如何標(biāo)識(shí)這臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序三圆，答案就是端口，端口即應(yīng)用程序與網(wǎng)卡關(guān)聯(lián)的編號(hào)避咆。

傳輸層功能：建立端口到端口的通信

補(bǔ)充：端口范圍0-65535舟肉，0-1023為系統(tǒng)占用端口

傳輸層協(xié)議，比如TCP和UDP牌借，使用端口號(hào)(port number)來(lái)識(shí)別收信人(某個(gè)進(jìn)程)度气。在寫(xiě)信的時(shí)候，我們寫(xiě)上目的地的端口膨报。當(dāng)信到達(dá)目的地的管理員手中磷籍，他會(huì)根據(jù)傳輸層協(xié)議，識(shí)別端口號(hào)现柠，將信送給不同的人院领。

TCP和UDP協(xié)議是兩種不同的傳輸層協(xié)議。UDP協(xié)議類似于我們的信件交流過(guò)程够吩。TCP協(xié)議則好像兩個(gè)情人間的頻繁通信比然。一個(gè)小情人要表達(dá)的感情太多，以致于連續(xù)寫(xiě)了好幾封信周循。而另一方必須將這些信按順序排列起來(lái)强法，才能看明白全部的意思万俗。TCP協(xié)議還有控制網(wǎng)絡(luò)交通等功能。

tcp協(xié)議：

可靠傳輸饮怯，TCP數(shù)據(jù)包沒(méi)有長(zhǎng)度限制闰歪，理論上可以無(wú)限長(zhǎng)，但是為了保證網(wǎng)絡(luò)的效率蓖墅，通常TCP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)IP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度库倘，以確保單個(gè)TCP數(shù)據(jù)包不必再分割。

| 以太網(wǎng)頭 | ip 頭 | tcp頭 | 數(shù)據(jù) |

udp協(xié)議：

不可靠傳輸论矾，”報(bào)頭”部分一共只有8個(gè)字節(jié)教翩，總長(zhǎng)度不超過(guò)65,535字節(jié)，正好放進(jìn)一個(gè)IP數(shù)據(jù)包贪壳。

| 以太網(wǎng)頭 | ip頭 | udp頭 | 數(shù)據(jù) |

應(yīng)用層（application layer）

通過(guò)上面的幾層協(xié)議饱亿，我們已經(jīng)可以在任意兩個(gè)人(進(jìn)程)之間進(jìn)行通信。然而每個(gè)人實(shí)際上從事的是不同的行業(yè)寥袭。有的人是律師路捧，有的人外交官。比如說(shuō)律師之間的通信传黄，會(huì)用嚴(yán)格的律師術(shù)語(yǔ)，以免產(chǎn)生糾紛队寇。再比如外交官之間的通信膘掰，必須符合一定的外交格式，以免發(fā)生外交誤會(huì)佳遣。再比如間諜通過(guò)暗號(hào)來(lái)傳遞加密信息识埋。應(yīng)用層協(xié)議是對(duì)信件內(nèi)容進(jìn)一步的用語(yǔ)規(guī)范。應(yīng)用層的協(xié)議包括用于Web瀏覽的HTTP協(xié)議零渐，用于傳輸文件的FTP協(xié)議窒舟，用于Email的IMAP等等。

應(yīng)用層由來(lái)：用戶使用的都是應(yīng)用程序诵盼，均工作于應(yīng)用層惠豺，互聯(lián)網(wǎng)是開(kāi)發(fā)的，大家都可以開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序风宁，數(shù)據(jù)多種多樣洁墙，必須規(guī)定好數(shù)據(jù)的組織形式 。

應(yīng)用層功能：規(guī)定應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)格式戒财。

例：TCP協(xié)議可以為各種各樣的程序傳遞數(shù)據(jù)热监，比如Email、WWW饮寞、FTP等等孝扛。那么列吼，必須有不同協(xié)議規(guī)定電子郵件、網(wǎng)頁(yè)苦始、FTP數(shù)據(jù)的格式冈欢，這些應(yīng)用程序協(xié)議就構(gòu)成了”應(yīng)用層”。

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總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議保證了可讀信息在整個(gè)轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程中的完整性盈简。