計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或者說是約定的集合。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議同我們的語言一樣，多種多樣。

為了給網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)提供一個(gè)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者以分層的方式組織協(xié)議。

一個(gè)協(xié)議層能夠用軟件、硬件或者兩者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。比如HTTP和SMTP這樣的應(yīng)用層協(xié)議幾乎總是在端系統(tǒng)中用軟件實(shí)現(xiàn)的，傳輸層協(xié)議也是如此。因?yàn)槲锢韺雍蛿?shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)處理跨越特定鏈路的通信，它們通常是實(shí)現(xiàn)在與給定的鏈路相聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)接口卡（比如以網(wǎng)絡(luò)或WIFI接口卡）中。網(wǎng)絡(luò)層通常是硬件和軟件實(shí)現(xiàn)的混合體。

1.網(wǎng)絡(luò)層次劃分

將所有的協(xié)議綜合起來，各個(gè)層次的所有協(xié)議被稱為協(xié)議棧。因特網(wǎng)的協(xié)議棧由5個(gè)層次組成：物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。這個(gè)劃分方法稱為TCP/IP五層協(xié)議。除此之外，還有OSI七層模型和TCP/IP四層協(xié)議。它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

當(dāng)然比較常用的是TCP/IP五層協(xié)議。

1.1 應(yīng)用層

應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序以及它們的應(yīng)用層協(xié)議存留的地方。因特網(wǎng)應(yīng)用層包括許多協(xié)議，例如HTTP（Web應(yīng)用的主要協(xié)議）、SMTP（郵件傳輸）和FTP（文件傳送）等。再比如我們每天都在使用的DNS域名系統(tǒng)。

應(yīng)用層協(xié)議分布在多個(gè)端系統(tǒng)上，一個(gè)端系統(tǒng)中的應(yīng)用程序使用協(xié)議與另外一個(gè)端系統(tǒng)中的應(yīng)用程序交換信息的分組。

我們把位于應(yīng)用層的信息分組稱為報(bào)文。

1.2 傳輸層

因特網(wǎng)的傳輸層在應(yīng)用程序端點(diǎn)之間傳送應(yīng)用層報(bào)文。在因特網(wǎng)中，有TCP和UDP兩個(gè)傳輸層協(xié)議。

TCP向它的應(yīng)用程序提供了面向連接的服務(wù)，這種服務(wù)包括了應(yīng)用層報(bào)文向目的地的確保傳遞和流量控制。TCP也將長(zhǎng)報(bào)文劃分成短報(bào)文，并提供擁塞控制機(jī)制，因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，發(fā)送方可以抑制其傳輸速率。

UDP協(xié)議向它的應(yīng)用程序提供無連接服務(wù)。這是一種不提供不必要服務(wù)的服務(wù)，沒有可靠性，沒有流量控制，也沒有擁塞控制。

我們把傳輸層分組稱為報(bào)文段。

1.3 網(wǎng)絡(luò)層

因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將稱為數(shù)據(jù)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)層分組從一臺(tái)主機(jī)移動(dòng)到另一臺(tái)主機(jī)。在一臺(tái)源主機(jī)中的因特網(wǎng)傳輸層協(xié)議(TCP或者UDP)向網(wǎng)絡(luò)層遞交傳輸層報(bào)文段和目的地址。

網(wǎng)絡(luò)層包括著名的IP協(xié)議，該協(xié)議定義了在數(shù)據(jù)報(bào)中的各個(gè)字段以及端系統(tǒng)和路由器如果作用于這些字段。網(wǎng)絡(luò)層也包括決定路由的路由選擇協(xié)議，它使得數(shù)據(jù)報(bào)根據(jù)該路由從源傳輸?shù)侥康牡亍?/span>

1.4 鏈路層

網(wǎng)絡(luò)層通過源和目的地之間的一系列路由器路由數(shù)據(jù)報(bào)，為了將分組從一個(gè)結(jié)點(diǎn)移動(dòng)到路徑的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)層必須依靠鏈路層的服務(wù)。特別是在每個(gè)結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)報(bào)下傳給鏈路層，鏈路層沿著路徑將數(shù)據(jù)報(bào)傳遞給下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，在下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，鏈路層將數(shù)據(jù)報(bào)上傳給網(wǎng)絡(luò)層。

由鏈路層提供的服務(wù)取決于應(yīng)用于該鏈路的特定的鏈路層協(xié)議，比如我們常見的以太網(wǎng)，WIFI等。

因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)從源到目的地傳送通常要經(jīng)過幾條鏈路，一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可能被沿途不同鏈路上的不同鏈路層協(xié)議處理。例如，一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可能被一段鏈路上的以太網(wǎng)和下一段鏈路上的PPP所處理。網(wǎng)絡(luò)層將受到來自每個(gè)不同鏈路的鏈路層協(xié)議的服務(wù)。

我們把鏈路層分組稱為幀。

1.5 物理層

鏈路層的任務(wù)是將整個(gè)幀從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素移動(dòng)到鄰近的網(wǎng)絡(luò)元素，而物理層的任務(wù)是將該幀中的一個(gè)一個(gè)比特從一個(gè)結(jié)點(diǎn)移動(dòng)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。物理層的協(xié)議是和鏈路相關(guān)的，并且進(jìn)一步與該鏈路的實(shí)際傳輸媒體相關(guān)。比如，以太網(wǎng)具有許多物理層協(xié)議：一個(gè)是關(guān)于雙絞銅線的，另一個(gè)是關(guān)于同軸電纜的，還有是關(guān)于光纖的等等。

2.封裝

上圖顯示了這樣一條物理路徑：數(shù)據(jù)從發(fā)送端系統(tǒng)的協(xié)議棧向下，經(jīng)過鏈路層交換機(jī)和路由器的協(xié)議棧，進(jìn)而向上到達(dá)接收端系統(tǒng)的協(xié)議棧。

我們需要知道的是，路由器和鏈路層交換機(jī)都是分組交換機(jī)，它們不實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧中的所有層次，鏈路層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了第一層和第二層；路由器實(shí)現(xiàn)了第一層到第三層。這意味著，路由器能夠?qū)崿F(xiàn)IP協(xié)議（即第三層協(xié)議），而鏈路層交換機(jī)則不能，于是鏈路層交換機(jī)不能識(shí)別IP地址，但是能夠識(shí)別第二層地址，比如MAC地址。

但是，因特網(wǎng)中的所有主機(jī)都實(shí)現(xiàn)了所有5個(gè)層次的協(xié)議。

上圖的過程也說明了一個(gè)重要的概念：封裝。

在發(fā)送主機(jī)端，一個(gè)應(yīng)用層報(bào)文被傳送給傳輸層。傳輸層收到報(bào)文之后，在報(bào)文上附上附加信息，即所謂的傳輸層首部信息，該首部信息將被接收端的傳輸層使用。應(yīng)用層報(bào)文和傳輸層首部信息一起構(gòu)成了傳輸層報(bào)文段，傳輸層報(bào)文段因此封裝了應(yīng)用層報(bào)文。

傳輸層則向網(wǎng)絡(luò)層傳遞該報(bào)文段，網(wǎng)絡(luò)層增加了網(wǎng)絡(luò)層首部信息，比如源和目的端系統(tǒng)的地址等，由此產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)。

該數(shù)據(jù)報(bào)接下來被傳遞給鏈路層，鏈路層增加它自己的鏈路層首部信息，創(chuàng)建了鏈路層幀。

所以，我們看到在每一層，一個(gè)分組都具有兩種類型的字段：首部字段和有效載荷字段。而有效載荷即來自于上一層的分組。

其實(shí)說白了，發(fā)送端就是對(duì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)一層一層加頭的過程，到接收端后，接收端再一層一層去掉頭部信息，然后交給對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序