TCP/IP 网络模型
目前主流的网络层划分，有五层，物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层，逐层封装数据，到达目的后逐层解数据
数据链路层
数据从应用层开始逐层封装，最后在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。该层主要运行在以太网上，电脑上的以太网接口，Wi-Fi接口，以太网交换机、路由器上的千兆，万兆以太网口，还有网线，它们都是以太网的组成部分。以太网就是一种在「局域网」内，把附近的设备连接起来，使它们之间可以进行通讯的技术。
MAC 头部是以太网使用的头部，它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息，可以通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址，数据链路层主要为网络层提供「链路级别」传输的服务，负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址来标识网络上的设备。
网络层
网络层负责数据传输，最常使用的是 IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上 IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU（以太网中一般为 1500 字节）就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的 IP 报文。
网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备，一般用 IP 地址给设备进行编号，对于 IPv4 协议， IP 地址共 32 位，分成了四段（如192.168.100.1），每段是 8 位， IP 地址分成两种意义：
- 一是网络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的；
- 二是主机号，负责标识同一「子网」下的不同主机；
需要配合子网掩码才能算出 IP 地址的网络号和主机号。如 10.100.122.0/24，后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码，255.255.255.0 二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，为了简化子网掩码的表示，用/24代替255.255.255.0。将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算，就可以得到网络号
将 255.255.255.0 取反后与IP地址进行进行按位与运算，就可以得到主机号。在寻址的过程中，先匹配到相同的网络号（表示要找到同一个子网），才会去找对应的主机。
除了寻址能力， IP 协议还有另一个重要的能力就是路由。实际场景中，两台设备并不是用一条网线连接起来的，而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的，那么就会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达一个网络节点，就需要通过路由算法决定下一步走哪条路径。路由器寻址工作中，就是要找到目标地址的子网，找到后进而把数据包转发给对应的网络内。
IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走，路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航，路由更像在操作方向盘。
传输层
传输层通过IP+端口实现主机间通信，有两个传输协议，TCP 和 UDP。
TCP 全称传输控制协议（Transmission Control Protocol），拥有流量控制、超时重传、拥塞控制等功能，这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。UDP 相对来说就很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。
应用需要传输的数据可能会非常大，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，把每个分块称为一个 TCP 段（TCP Segment）。
应用层
应用层只需要专注于为用户提供应用功能，如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。应用层不用关心数据是如何传输的，工作在操作系统中的用户态，传输层及以下则工作在内核态。
协议栈
操作系统维护协议栈。协议栈的内部分为几个部分，分别承担不同的工作。上下关系是有一定的规则的，上面的部分会向下面的部分委托工作，下面的部分收到委托的工作并执行。
应用程序（浏览器）通过调用 Socket 库来委托协议栈工作。协议栈的上半部分有两块，分别是负责收发数据的 TCP 和 UDP 协议，这两个传输协议会接受应用层的委托执行收发数据的操作。
协议栈的下面一半是用 IP 协议控制网络包收发操作，在互联网上传数据时，数据会被切分成一块块的网络包，将网络包发送给对方的操作就是由 IP 负责的。
此外 IP 中还包括 ICMP 协议和 ARP 协议。
ICMP用于告知网络包传送过程中产生的错误以及各种控制信息。ARP用于根据 IP 地址查询相应的以太网 MAC 地址。
IP 下面的网卡驱动程序负责控制网卡硬件，而最下面的网卡则负责完成实际的收发操作，也就是对网线中的信号执行发送和接收操作。
Linux协议栈
网卡是计算机里的一个硬件，专门负责接收和发送网络包，当网卡接收到一个网络包后，会通过 DMA 技术，将网络包写入到指定的内存地址，也就是写入到 Ring Buffer ，这个是一个环形缓冲区，接着就会告诉操作系统这个网络包已经到达。
告诉操作系统网络包已经到达的最简单的一种方式就是触发中断，也就是每当网卡收到一个网络包，就触发一个中断告诉操作系统。
但是，这存在一个问题，在高性能网络场景下，网络包的数量会非常多，那么就会触发非常多的中断，当 CPU 收到了中断，就会停下手里的事情，而去处理这些网络包，处理完毕后才会回去继续其他事情，那么频繁地触发中断，则会导致 CPU 一直没完没了的处理中断，而导致其他任务可能无法继续前进，从而影响系统的整体效率。
所以为了解决频繁中断带来的性能开销，Linux 内核在 2.6 版本中引入了 NAPI 机制，它是混合「中断和轮询」的方式来接收网络包，它的核心概念就是不采用中断的方式读取数据，而是首先采用中断唤醒数据接收的服务程序，然后 poll 的方法来轮询数据。
因此，当有网络包到达时，会通过 DMA 技术，将网络包写入到指定的内存地址，接着网卡向 CPU 发起硬件中断，当 CPU 收到硬件中断请求后，根据中断表，调用已经注册的中断处理函数。
硬件中断处理函数会做如下的事情：
- 需要先「暂时屏蔽中断」，表示已经知道内存中有数据了，告诉网卡下次再收到数据包直接写内存就可以了，不要再通知 CPU 了，这样可以提高效率，避免 CPU 不停的被中断。
- 接着，发起「软中断」，然后恢复刚才屏蔽的中断。
至此，硬件中断处理函数的工作就已经完成。
硬件中断处理函数做的事情很少，主要耗时的工作都交给软中断处理函数了。
软中断的处理
内核中的 ksoftirqd 线程专门负责软中断的处理，当 ksoftirqd 内核线程收到软中断后，就会来轮询处理数据。
ksoftirqd 线程会从 Ring Buffer 中获取一个数据帧，用 sk_buff 表示，从而可以作为一个网络包交给网络协议栈进行逐层处理。
网络协议栈
当处理一个网络数据包时，首先会先进入到网络接口层，在这一层会检查报文的合法性，如果不合法则丢弃，合法则会找出该网络包的上层协议的类型，比如是 IPv4，还是 IPv6，接着再去掉帧头和帧尾，然后交给网络层。
到了网络层，则取出 IP 包，判断网络包下一步的走向，比如是交给上层处理还是转发出去。当确认这个网络包要发送给本机后，就会从 IP 头里看看上一层协议的类型是 TCP 还是 UDP，接着去掉 IP 头，然后交给传输层。
传输层取出 TCP 头或 UDP 头，根据四元组「源 IP、源端口、目的 IP、目的端口」 作为标识，找出对应的 Socket，并把数据放到 Socket 的接收缓冲区。
最后，应用层程序调用 Socket 接口，将内核的 Socket 接收缓冲区的数据「拷贝」到应用层的缓冲区，然后唤醒用户进程。
