我们每天都使用的互联网，空间相距遥远的两台计算机是如何实现通信的呢？以下是我的学习笔记。
一、概述
| 网络的五层模型，由下至上越接近用户，相反越接近硬件 |
|---|
| 应用层（Application Layer） |
| 传输层（Transport Layer） |
| 网络层（Network Layer） |
| 链接层（Physical Layer） |
| 实体层（Physical Layer） |
| 每一层都有自己的职责与功能以及且必须遵守各自规则，这就叫做"协议”（protocal）。 |
二、实体层
实体层最容易理解，就是指物理硬件电脑。要相互通信就得把他们连起来咯，手段就是物理手段”光缆、电缆、无线电波“等方式。
实体层主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。
三、链接层
3.1 定义 单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？
这就是"链接层"的功能，它在"实体层"的上方，确定了0和1的分组方式。
3.2 以太网协议 分组方式这就引出了以太网协议，它规定一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”（Frame）。每一帧分为两个部分：
- 标头（Head） 包含数据包的说明项，比如发送者、接收者、数据类型等等
- 数据（Data） 数据包的具体内容
3.2 Mac地址 数据包有了，那么发送者接收者如何标志呢？以太网规定，连入网络的所有设备必须具有“网卡”接口，通过网卡来确定消息的发送和接收者。这就是Mac地址。且每块网卡出厂时都有全世界独一无二的Mac地址，通常用12个十六进制数表示，如“00-B0-D0-86-BB-F7”。
3.2 广播 地址有了，那发送者的网卡如何知道接受者的网卡地址呢？ARP协议可以解决这个问题，以太网数据包必须知道接收方的Mac地址然后才能发送。其次怎样将数据包准确的发送给接收者呢？以太网采用了很“原始的方式”，就是向本网络所有计算机发送，让每台计算机自己通过数据包标头内的接受者Mac地址是否是自己的Mac地址。是则接收处理，否则丢弃这个包。这种发送方式就叫做“广播”。 有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式，"链接层"就可以在多台计算机之间传送数据了。
四、网络层
4.1 网络层的由来 以太网协议，依靠MAC地址发送数据，是在两台计算机处于同一个子网络来发送的，互联网是无数个子网络组成的巨型网络。因此必须有个方法来区分哪些Mac地址是处于同一个子网络，如何是同一个子网络则采用广播方式，否则采用“路由”方式。但是Mac地址无法做到这一点，它只与厂商有关，与网络无关。
这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"。于是"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址
- MAC地址 （将数据包送到该子网络中的目标网卡）
- 网络地址 （帮助我们确定计算机所在的子网络）
4.2 IP协议 规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。习惯上，我们用分成四段的十进制数表示IP地址，从0.0.0.0一直到255.255.255.255。所以IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
4.2 IP数据包 根据IP协议发送的数据，就叫做IP数据包。不难想象，其中必定包括IP地址信息。但是前面说过，以太网数据包只包含MAC地址，并没有IP地址的栏位。那么是否需要修改数据定义，再添加一个栏位呢？回答是不需要，我们可以把IP数据包直接放进以太网数据包的"数据"部分，因此完全不用修改以太网的规格。这就是互联网分层结构的好处：上层的变动完全不涉及下层的结构。
五、传输层
5.1 传输层的由来 有了MAC地址和IP地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。 接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如，你一边浏览网页，一边与朋友在线聊天。当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？ 也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。这个参数就叫做"端口"（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。
"传输层"的功能，就是建立"端口到端口"的通信。相比之下，"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。
5.2 TCP协议 现在，我们必须在数据包中加入端口信息，这就需要新的协议。最简单的实现叫做UDP协议，优点是比较简单，容易实现，但是缺点是可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。为了解决这个问题，提高网络可靠性，TCP协议就诞生了。这个协议非常复杂，但可以近似认为，它就是有确认机制的UDP协议。TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。
六、应用层
应用程序收到"传输层"的数据，接下来就要进行解读。由于互联网是开放架构，数据来源五花八门，必须事先规定好格式，否则根本无法解读。
"应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式。
举例来说，TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了"应用层"。应用层是最接近用户的层，如我们浏览网页用的是HTTP协议，http请求数据包首先嵌入TCP数据包，TCP数据包再嵌入IP数据包，最后IP数据包嵌入以太网数据包。服务器一层层拼接数据包读出里面的"HTTP请求"，接着做出"HTTP响应"，再用TCP协议发回来。再用TCP协议发回来。本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。
