我們現實網絡無處不在，我們被龐大的虛擬網絡包圍，但我們卻對它是怎樣把我們的信息傳遞并實現通信的，我們并沒有了解過，那么當我們在瀏覽器中出入一段地址，按下回車這背后都會發生什么？ 比如說一般場景下，客戶機和服務器不在一個局域網，輸入的是一個域名而不是IP地址。那么當按下回車后，首先瀏覽器會通過DNS解析找到我們對應的IP地址，將http報文發送給目標IP地址對應的服務器，之后服務器做出響應，將請求的資源發送給瀏覽器。 TIP/IP在這當中扮演著重要的作用。

TCP/IP歷史

在計算機發展的早期階段，很多不同的廠商生產各種不同的計算型號，他們運行完全不同的操作系統，為了讓他們之間能夠相互通信，TCP/IP協議族誕生了。

那么為什么我們叫它協議族呢？ 因為實際上TCP/IP是一組不同層次上的多個協議的組合。 那么協議組合是什么？——TCP/IP模型

TCP/IP模型

TCP/IP模型是一個四層結構，從上往下依次是應用層，運輸層（傳輸層），網絡層，網絡接口層（數據鏈路層）。 通過開頭我們輸入一個url的例子，自上而下進行介紹TIP/IP參考模型

應用層

為用戶提供各種服務，比如我們瀏覽網頁時用到的HTTP，收發郵件時用的SMTP，登錄遠程主機用的SSH或者FTP協議，DNS等協議。 假設我們對 www.xxx.com發送請求

• 瀏覽器看到這個域名的時候，就好像去一家從沒去過的餐廳吃飯，只知道餐廳名字，卻不知道具體地址，域名就像是一個餐廳的名字，而IP地址相當于一個具體的地址。 瀏覽器必須知道要請求服務器的IP地址，發出的請求才有目的地。DNS可以將IP轉換成地址。
• http 會生成報文 ，這個請求里面包含了請求的方法，請求的路徑“/”，請求的主機名，客戶機的類型以及一些其他的信息。

傳輸層

傳輸層位于應用層下層，網絡借口層的上層，主要有TCP和UDP兩種協議。 UDP是用戶數據報協議，不關心是否收到，不需要建立連接就可以通信，傳輸效率高，比如說微信。 而TCP是一種可靠的面向連接的協議，就是在交互數據前先建立一個TCP連接，如同打電話，首先要撥號，然后等待對方響應后才能彼此交流 TCP提供全雙工服務，即數據可在同一時間雙向傳播 TCP將若干個字節構成一個分組，此分組稱為報文段(Segment)

TCP連接的建立過程如下圖所示。

• 三次握手
  • 主機A通過一個標識為SYN標識位的數據段發送給主機B請求連接，告訴主機B“我想和你創建一條TCP連接”。
  • 當主機B收到SYN請求后，如果其所請求的端口號正在等待連接，則會為這一條TCP連接分配資源，并主機A發送確認應答ACK和同步序列號SYNC標志位的數據段來響應主機。
  • 主機A確認收到了主機B的數據段并可以開始傳輸實際數據。
• 四次揮手
  • 主機A發送FIN控制位發出斷開連接的請求 。
  • 主機B進行響應，確認收到斷開連接請求。
  • 主機B發送FIN控制,隨后關閉了連接。
  • 主機A收到之后，又向主機B回復一個ACK應答。過了一段計時等待，主機A也關閉了連接，釋放資源。這一段計時等待的時間是為了主機B重傳最后的ACK防止其丟失。

網絡層

在這一層中主要是 IP 協議處理數據傳輸。用于把數據從源主機經過若干個中間節點傳送到目標主機，并向傳輸層提供最基礎的數據傳輸服務。

在網絡中，每臺計算機都有一個唯一的地址，方便別人找到它，這個地址稱為IP地址。 IP協議處理過的數據擁有自己的名字：IP數據報，讓我們從下圖來了解一下IP數據報的格式：

• 版本
  • 一個4位二進制數的標識，用來標識IP協議的版本，目前大部分的協議版本號為4，因此IP有時也稱為IPv4。
• 首部長部
• 優先級與服務類型
• 總長度
  • 該字段用以指示整個IP數據包的長度，最長為65535字節，包括頭和數據 標識符
  • 唯一標識主機發送的每一份數據報
• 標志
  • 分為3個字段，依次為保留位、不分片位和更多片位，保留位：一般被置為0 不分片位：表示該數據報是否被分片，如果被置為1，則不能對數據報進行分片，如果要對其進行分片處理，就應將其置為0 更多片位：除了最后一個分片，其他每個組成數據報的片都要將該位置設置為1.
• 段偏移量
  • 該分片相對于原始數據報開始處位置的偏移量
• TTL(Time to Live生存時間)
  • 該字段用于表示IP數據包的生命周期，可以防止一個數據包在網絡中無限循環地發下去。TTL的意思是一個數據包在被丟棄之前在網絡中的最大周轉時間。該數據包經過的每一個路由器都會檢查該字段中的值，當TTL的值為0時此數據包會被丟棄。TTL對應于一個數據包通過路由器的數目，一個數據包每經過一個路由器，TTL將減去1。
• 協議號
  • 用以指示IP數據包中封裝的是哪個協議
• 首部校驗和
  • 檢驗和是16位的錯誤檢測字段。目的主機和網絡中的每個網關都要重新計算報頭的校驗和，一樣表示沒有改動過。
• 源IP地址
  • 該字段用于表示數據包的源地址，指的是發送該數據包的設備的網絡地址
• 目標IP地址
  • 該字段用于表示數據包的目標的地址，指的是接收節點的網絡地址

數據鏈路層

在這一層中，上層傳來的數據經過協議處理后的一份數據，我們稱之為一幀(Frame) 在鏈路層中的地址指的的是計算機中網卡的硬件地址，即mac地址。我們知道，每一個網卡在出廠時，其內部都存有一個全世界獨一無二的硬件標識，稱為mac地址，它是的長度為6個字節。在網絡中，兩個計算機之間的通信實際上就是計算機中的兩張網卡之間的通信。如果沒有mac地址，就無法得知通信的具體位置，因此獲取mac地址是計算機通信的基礎保障。

但是實際上，計算機程序在發送連接請求時，一般只知道目的主機的IP地址，那么mac地址是如何獲取的呢？這就要靠ARP協議來實現。

ARP協議（地址解析協議）可以看做是鏈路層的一個協議，它的作用是為IP地址與對應的mac地址之間提供動態的映射，這個過程是自動完成的，因此無需用戶或管理員關心。ARP協議將IP映射為mac地址的過程大致如下：

如果目的主機與源主機位于同一網段，那么ARP協議會向本網段發送一個廣播，網段中的所有主機都會受到一條消息，這條消息詢問哪臺主機的IP地址與目的主機地址相同。當目的主機接受到這條消息，就做出應答，將自己的mac地址發送過去。其他主機則將這條消息忽略。

如果目的主機與源主機位于不同網段，那么ARP協議會將消息發送給本地的路由，路由經過IP尋址找到目的主機所在網段的路由，再由目的路由將消息廣播出去，獲得目的主機響應后再返回給源主機。

一般來說, 每臺機器都維護的有一個ARP緩存表, 存儲了近期的IP地址和硬件地址的映射關系, 可以用 arp -a 命令來查看緩存表中內容。

總結

事實上當我們http訪問一個地址的時候，從應用層開始向下傳遞，沒經過一層，該層的協議會把上層傳遞的數據在這個基礎上加一個首部，該首部包含了該層協議管理的信息，比如說網絡層會打包IP信息，數據鏈路層打包mac地址。 通過這種層層打包的方式，最后由物理層傳遞出去，再有路由器，代理服務器等設備，交給目標計算機。 目標計算機得到傳遞過來的數據后，從物理層向上傳遞，每一層會將該層對應協議負責的首部摘除后再傳給上層。最后抵達應用層對應的某個應用程序。