1、互联网的本质
两台计算机之间的通信和两个人打电话的原理是一样的：
1）通过各种物理连接介质连接。
2）找准确确定对方计算机（准确到软件）的位置。
3）通过统一的标准进行数据的收发。
2、OSI七层协议
互联网协议按照功能不同分为osi七层、tcp/ip五层、tcp/ip四层。
| tcp/ip四层 | tcp/ip五层 | osi七层 | 每层运行常见的物理设备 |
|---|---|---|---|
| 应用层 | 应用层 | 应用层 | |
| 应用层 | 应用层 | 表示层 | |
| 应用层 | 应用层 | 会话层 | |
| 传输层 | 传输层 | 传输层 | 四层交换机、四层路由器 |
| 网络层 | 网络层 | 网络层 | 路由器、三层交换机 |
| 网络接口层 | 数据链路层 | 数据链路层 | 网桥、以太网交换机、网卡 |
| 网络接口层 | 物理层 | 物理层 | 中继器、集线器、双绞线 |
我们将应用层、表示层、会话层并作应用层，从tcp/ip五层协议的角度来阐述每层的由来和功能。
物理层
物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压（电信号），高电压对应数字1，低电压对应数字0。
数据链路层
数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式。
1）以太网协议：
以太网协议（Ethernet）规定：一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”。
每一数据帧分成：报头head和数据data两部分。
| head | data |
|---|
head包含（固定18个字节）：发送者/源地址，6个字节；接收者/目标地址，6个字节；数据类型，6个字节
data包含（最短46字节，最长1500字节）：数据包的具体内容
head长度+data长度=最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送。
2）mac地址
head中包含的源和目的地址由来：Ethernet规定接入Internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址
Mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界上唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）
3）广播
有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另一台主机的mac地址）
Ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼。
网络层
网络层的由来：有了Ethernet、Mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，但世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这不仅效率低，更是灾难。
网络层功能：引入一套新的地址来区分不同的广播域/子网，这套地址即网络地址。
1）IP协议：规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示，范围0.0.0.0-255.255.255.255
2）Ip地址分成两部分：
网络部分：标识子网
主机部分：标识主机
注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或者主机部分都无法辨识一个ip所处的子网。
3）子网掩码：所谓子网掩码，就是标识网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。
知道子网掩码，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法就是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，相同则表示在同一个子网络，否则不是。
4）IP数据包：分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分。
head：长度为20到60字节
data：最长为65515字节
而以太网数据包的“数据”部分，最长只有1500字节。因此如果ip数据包超过了1500字节，就需要分割成几个以太网数据包发送。
| 以太网头 | ip头 | ip数据 |
|---|
5）ARP协议
Arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址
首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
| 场景 | 数据包地址 |
|---|---|
| 同一子网 | 目标主机mac，目标主机ip |
| 不同子网 | 网关mac，目标主机ip |
分析172.16.10.10/24和172.16.10.11/24处于同一网络（如果不是同一网络，下表中的目标IP改成172.16.10.1，通过arp获取的是网关的mac）
| 源mac | 目标mac | 源ip | 目标ip | 数据部分 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 发送端主机 | 发送端mac | FF:FF:FF:FF:FF:FF | 172.16.10.10/24 | 172.16.10.11/24 | 数据 |
这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的就响应，返回自己的mac
传输层
传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网发层的mac帮我们找到主机，然而大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启多个应用程序。
那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。
传输层的功能：建立端口到端口的通信。
端口范围为0-65535，0-1023为系统占用端口
1）tcp协议
可靠传输，tcp数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通过TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。
| 以太网头 | ip头 | tcp头 | 数据 |
|---|
2）Udp协议：
不可靠传输，“报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65535字节，正好放进一个ip数据包。
| 以太网头 | ip头 | udp头 | 数据 |
|---|
应用层
应用层的由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式。
应用层的功能：规定应用程序的数据格式。
例如，TCP协议可以为各种各样的程序传输数据，比如email、www、FTP等。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”