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我们每天使用互联网，它是如何实现的呢？
互联网的核心是一系列的协议，总称“互联网协议” internet protocol suite.
1:概述
1.1 五层模型
互联网的实现，分好几层，每一层都有自己的功能，每一层都靠下一层支持
如何分层有不同的模型，有的分七层，但是分5层还是比较容易理解
越是下层，越靠近硬件，越是上层，越靠近用户！
1.2 层与协议
互联网的每一层，都定义了好多协议，这些协议叫做“互联网协议” internet protocol.
就是把电脑连接起来的物理手段，他主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责0，1的电信号
2. 链接层 link layer
单纯的0，1是没有任何意义，必须规定解读方式：多少个电信号算一组，每个信号的意义？
这就是链接层的功能，它在物理层上面，确定了0和1的分组方式
以太网协议：
以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做“帧” （frame),每一个帧都分成2部分， 标头（head)和数据（data)
"标头“包含数据包的一些说明项，比如发送者，接受者，数据类型等等，”数据“包含具体内容
”标头“的长度，固定为18字节，”数据“的长度，最短为46字节，最长为1500字节，so ,整个frame的最短为64个字节，最长为1518个字节，如果数据很长，就必须分割成多个frame来发送
MAC地址
上面提到，每个数据frame都是由head & data,head中包换了发送者和接受者的信息，就是MAC地址，每个网卡的都是独一无二的，通常用12个16进制数表示。00-B0-D0-86-BB-F7，长度为48个二进制
广播(broadcast)
定义地址是第一步，一个网卡如何知道另外一个网卡的MAC地址？主要是通过ARP协议，以太网数据包必须知道对方的mac地址才能发送，
其次，有个mac地址，系统怎么才能把数据包准确发送给接收方？
以太网采用广播的方式去把自己的数据frame发送出去，整个局域网的电脑都会收到，然后读取标头的信息，以确定自己是否为接收方，是的话就接收，不是的话就丢弃
有了数据包的定义，网卡的MAC地址，广播的发送，连接层就可以在多台电脑直接传送数据
4：网络层
如果2台电脑不再同一个局域网里面，通过广播的方式是不能传输出去的，因此必须找到一种方法，如何区分哪些MAC地址属于同一个网络，哪些不是，如果在同一个局域网就采用广播，如果不是就采用路由的方式。，
in this case, 为了使我们能够区分不同计算机是否属于同一子网络，这个地址就做 网络地址，简称网址
so ,each computer must owns 2 different address :MAC and IP address .网络地址帮我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络的目标网卡，thus ,in logically,network address is priority to be handled .
5:IP 协议
IPV4 。由32个二进制组成，分4段的十进制来表示IP地址。如何判断2台电脑是否在同一个子网呢？这里就是要用另外一个概念子网掩码“ subnet mask",if you know the subnet mask,it‘s easy to identify theirs network .
6:IP 数据包
根据IP协议发送的数据，就叫做IP数据包。不难想像，里面必须包括IP地址信息
但是前面说过，以太网数据中只包含MAC地址，没有IP地址的栏位，那怎么办？我们可以把IP数据包直接放到以太网数据包的数据部分，
具体来说IP数据包也分为标头和数据2个部分
head + data
标头主要包括版本，长度，IP地址等信息，数据 则是IP数据包的具体内容，他放进以太网数据包，以太网数据包就变成;
head + head + data
IP 数据包“HEAD”部分的长度为20-69字节，整个数据包的总长度最大为65535个字节， so ,theoretically,一个IP数据包的数据部分最大为65515个字节，前面讲过，一个以太网包的数据部分最大了1500个字节，所以，如果IP数据包超过了1500个字节，就要分割为几个frame 发送
7：ARP协议
因为IP数据包时放在以太网的数据包发送的，所以我们必须知道2个地址，对方的IP地址和MAC地址，通常情况，对方的IP地址是已知的，MAC地址是未知的
因此我们需要一种机制通过IP地址来得到MAC地址。
如果在同一个子网，我们可以通过ARP协议得到对方的MAC地址，ARP协议也是发一个数据包，包含在以太网数据包中，其中包含了所查询的主机的IP地址，对方的MAC地址栏填的是FF：FF：FF：FF：FF：FF表示广播地址，他所在的网络的所有主机，都会受到这个数据包，重中取出IP地址，与自身IP地址进行比较，如果相同则做出回应
如果不在同一子网，只能把数据包传到2个子网的连接处“vgetway”
有个MAC地址和IP地址，我们已经可以在互联网上任意2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要连接网络，比如，你一遍浏览网页，一遍和朋友聊天，当一个数据包重互联网发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是表示聊天的内容。
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进程使用。这个参数就叫做端口。port
他其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发送到主机的特定端口，所以不同的程序就能娶到自己所需要的数据。
端口是0-65535之间的一个整数，16个二进制，0-1023端口被系统占用，用户只能选用1023后面的端口。no matter you are surfing or chating on line ,there will be a port selected to match with server port .
传输层的功能就是建立，端口到端口的通信。相比之下，网络层的功能就是建立主机要主机的通讯，只要确定主机的端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，unix系统就是把主机+端口 叫做 套接字，socket.,有了它，就可以进行网络应用程序开发了
UDP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，最简单的实现就叫做UDP协议，他 的 格式几乎就是在数据前面加上端口号
UDP数据包，也是由标头和数据组成
Head + data
"head"部分主要定义了端口和接收端口，“data"就是具体内容，然后把整个UDP数据包放到IP数据包的数据部分，而前面也提过IP数据包又是放在以太网数据包之中，所以整个以太网数据变成了
head + head + head +data
TCP协议
UDP协议有点比较简单，容易实现，但是可靠性差。
为了提高网络可靠性，TCP协议就诞生了，没发出一个数据包都要求确认，如果有一个包遗失，就说不到确认，发出方就知道有必要重发这个数据包了
TCP数据包和UDP数据包都一样，都是内嵌在IP数据包的数据部分，TCP数据包没有长度限制.Theoretical no limited ,in general ,the lenght of TCP is no longer than the lenght of IP package to ensure singal TCP package don‘t need to be divided .
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，否则无法解读
“应用层”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.必须有不同的协议来规定电子邮件，网页，FTP数据格式，这些应用程序就构成了 应用层
这是最高一层，直接面对用户，他的数据放在TCP数据包的数据部门，因此，以太网的数据包变成了
Head + Head + Head + data
以太网标头 IP标头 TCP标头 应用层数据
小结：
我们已经知道，网络通信就是交换数据包，电脑A向电脑B发送一个数据包，后者收到了，回复一个数据包，从而实现2台电脑之间的通信，
发送这个包，我们需要知道对方的IP地址和MAC地址。有了这2个地址，数据包才能准确送到接受者手中，但是前面说过，MAC地址有局限性，如果2个电脑 不再同一个子网中，就要通过gateway转发。网关通过路由协议，发现电脑位于网络B， 又把数据包发给网关B，网关B在转发给对应电脑
同一个字网络 ----〉对方的MAC地址，对方 IP地址
非同一个 ----〉网关MAC地址，对方IP地址
8： 用户上网设置
手动IP，DHCP
DHCP是一种应用层协议，建立在UDP协议之上
head + head + head + data
以太网 IP UDP DHCP SERVER
最前面的以太网标头设置本机的MAC地址和接受方DHCP服务器的MAC地址，后者不知道就填FF-FF-FF-FF-FF-FF
后面的IP标头，设置本机的IP地址和接受发的IP地址，本地不知道0.0.0.0 ，接收方 255.255.255.255
UDP标头，设置发出方的端口68 和接收方端口67
这个数据包构造完成就可以发出，以太网是广播发送，同一个子网的没台计算机都接收到了，还必须分析其IP地址才能确定是否发给自己的，DHCP看到发出方的0.0.0.，接收方是255.255.255.255就知道是给我的，其它的PC就丢弃这个包
接下来DHCP读取包的内容，分配好IP地址，发送回去DHCP响应，这个包夜类似
9：实例，访问网页
本机：192.168.1.100
255.255.255.0
192.168.1.1
8.8.8.8
然后打开浏览器，访问google.com 这就意味着浏览器要向 google发送一个网页请求
DNS协议
发送数据包，必须要知道对方的IP地址，但是我们只知道网址，DNS协议可以帮助我们把网址转换成IP
已知DNS服务器8.8.8.8，于是我们向这个地址发送一个DNS数据包
head + head + head + data
以太网 IP udp DNS数据包
然后DNS做出相应，告诉我们GOOGLE的地址是172.194.72.105
子网掩码判断是否在同一个子网
通过已经知道的子网掩码255.255.255.0 和IP地址作and 运算
因此我们要向google发送数据包，必须通过网关转发，也就是说接受的MAC地址就是网关地址
应用层协议
浏览网页用的是HTTP协议，他的整个数据包构造
head + head + head + data
以太网 IP TCP HTTP
Http 部分的内容，
GET / HTTP /1.1
host: www.google.com
connection : keep-alive
user-agent :mozilla5.0 (windwos NT)
accept:
text/html,applicaiton/xhtml,applicaiton/xml;1=0.9,*/*;1=0.8
accept-encoding;gzip,deflate,sdch
accept-language:zh-cn,zh;q=0.8
accept-charset: GBK,utf-9;q=0.7,*;q=0.3
cookie;... ...
我们假定这个部分长度为4960字节，他会被封装在TCP数据包之中
TCP协议
TCP数据包需要设置端口，google的http port 80,发送方的端口是随机生成的1024-65535 之间，假定51755
TCP数据包的标头长度20字节，加上嵌入的http数据包，总长度4980
IP协议
TCP数据包再嵌入IP数据包，ip数据包为双方IP地址，
ip的标头为20字节，加上嵌入的TCP数据包为5000字节
以太网协议
最后IP数据包嵌入以太网数据包，以太网数据包需要设置双方的MAC地址，本机的MAC地址和接收方网管的MAC地址，（通过ARP得到）
以太网数据部分最大1500字节，而现在IP的数据包长度5000，因此，IP数据包必须分割4个包，因为每个包都有自己的IP标头（20 字节）所以4个包的IP数据包长度分别为1500 1500 1500 560
head head data
head head data
head head data
head head data
以太网 ip TCP DATA
服务器端响应
经过多个网关转发google服务器收到了这4个以太网数据包
根据IP标头的序号，google将4个包平起来，取得完整的TCP数据包，然后读取里面的HTTP请求在作出回应，在同TCP协议，发回来
本机受到HTTP，就可以将网页显示出来，完成一次完整 的网络通讯
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原文地址：http://www.cnblogs.com/Jinjunzmx/p/5610281.html
