一、概述
互联网的核心是一系列协议，总称为"互联网协议"（Internet Protocol Suite）。
网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或者说是约定的集合。
1.1 什么是TCP/IP协议
ARPA公司于1977年到1979年推出了一种名为ARPANET的网络协议受到了广泛的热捧，其中最主要的原因就是它推出了人尽皆知的TCP/IP标准网络协议。目前TCP/IP协议已经成为Internet中的“通用语言”。
TCP/IP（TCP/IP Protocol Suite）是一个协议族，包含两个核心协议：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议），类似计算机科学中的堆栈，因此又被称为TCP/IP协议栈。
1.2 OSI七层模型与TCP/IP参考模型
OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互连模型。
OSI定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层），即ISO开放互连系统参考模型。
每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。
分层的好处在于各层之间是独立的，结构上可分割开，能促进标准化工作。
但由于OSI模型的体系复杂，在计算机网络更实用的TCP/IP模型得到了广泛的应用。
从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由五个层次组成：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。
二、 物理层（Physical Layer）
是定义物理介质的各种特性，把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。
三、 数据链路层（Data Link Layer）
3.1 定义
数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，负责接收IP数据包并通过网络发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据包，交给IP层。
3.2 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）。每一帧分成两个部分：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"则是数据包的具体内容。
3.3 MAC地址
以太网数据包的"标头"，包含了发送者和接受者的信息。那么，发送者和接受者是如何标识呢？
以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有"网卡"接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址。
每块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址，长度是48个二进制位，通常用12个十六进制数表示。
3.4 广播
有了MAC地址，系统怎样才能把数据包准确送到接收方？
回答是以太网采用了一种很"原始"的方式，它不是把数据包准确送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。同一个子网络内的计算机读取这个包的"标头"，找到接收方的MAC地址，然后与自身的MAC地址相比较，如果两者相同，就接受这个包，做进一步处理，否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做"广播"（broadcasting）。
大部分的广播包，它们有一个共同特征：二层封装时目的MAC是全f（ffff.ffff.ffff）或三层封装时目的IP是全1（255.255.255.255）
四、网络层（Network Layer）
4.1 网络层的由来
以太网采用广播方式发送数据包，不仅效率低，而且局限在发送者所在的子网络。当两台计算机不在同一子网络时，广播是传不过去的。
因此，必须找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用"路由"方式发送。
这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"。
于是，"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。
网络地址帮助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中的目标网卡。因此，从逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理MAC地址。
4.2 定义
网络层的目的是实现终端节点之间的通信，这种终端节点之间的通信也叫“点对点”通信，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。网络层包括：IP（Internet Protocol）协议、ICMP（Internet Control Message Protocol）控制报文协议、ARP（Address Resolution Protocol）地址转换协议、RARP（Reverse ARP）反向地址转换协议。
4.3 IP协议
规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。
4.3.1 IP地址
目前，广泛采用的是IP协议第四版，简称IPv4。这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成。IPv6是IETF设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，网络地址由128个二进制位组成。
习惯上，我们用分成四段的十进制数表示IP地址，从0.0.0.0一直到255.255.255.255。
互联网上的每一台计算机，都会分配到一个IP地址。这个地址分成两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。处于同一个子网络的电脑，它们IP地址的网络部分必定是相同的。
4.3.2 子网掩码
仅仅IP地址并不能判断两台计算机是否处于同一个子网络，这就要用到另一个参数"子网掩码"（subnet mask）。
所谓"子网掩码"，就是表示子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。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算，然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
4.3.3 IP数据包
IP数据包也分为"标头"和"数据"两个部分。"标头"部分主要包括版本、长度、IP地址等信息，"数据"部分则是IP数据包的具体内容。
4.4 ARP协议
地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。
地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。
ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。
4.5 DNS解析
DNS（Domain Name System，域名系统），万维网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过域名，最终得到该域名对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。DNS协议运行在UDP协议之上，使用端口号53。
五、传输层（Transport Layer）
5.1 定义
第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。
传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。
网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。
5.2 UDP协议
UDP协议全称是用户数据报协议（User Datagram Protocol），在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。
UDP协议的优点是比较简单，容易实现，但是缺点是可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。
UDP数据包非常简单，"标头"部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。
5.3 TCP协议
TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。流就是指不间断的数据结构。
TCP协议非常复杂，但可以近似认为，它就是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就收不到确认，发出方就知道有必要重发这个数据包了。
因此，TCP协议能够确保数据不会遗失。它的缺点是过程复杂、实现困难、消耗较多的资源。
TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常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。
六、应用层（Application Layer）
6.1 定义
"应用层"的作用，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等等。那么，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"。
6.2 应用层主要协议
应用层协议主要包括如下几个：FTP、TELNET、DNS、SMTP、NFS、HTTP。
FTP（File Transfer Protocol）是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。
Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。
DNS（Domain Name Service）是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换，使用端口53。
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转，使用端口25。
NFS（Network File System）是网络文件系统，用于网络中不同主机间的文件共享。
HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是超文本传输协议，用于实现互联网中的WWW服务，使用端口80。
参考资料
图解TCP/IP
图解HTTP
互联网协议入门by阮一峰