網際網路的實現，分成好幾層。每一層都有自己的功能，就像建築物一樣，每一層都靠下一層支援。使用者接觸到的，只是最上面的一層，根本沒有感覺到下面的層。要理解網際網路，必須從最下層開始，自下而上理解每一層的功能。
　　每一層都是為了完成一種功能。為了實現這些功能，就需要大家都遵守共同的規則，叫做”協議”（protocol）。網際網路的每一層，都定義了很多協議，這些協議的總稱，就叫做”網際網路協議”（Internet Protocol Suite）。
　　如下圖所示，因特網五層協議棧共有五層：應用層、傳輸層、網路層、鏈路層和實體層（物理層）。

1.1 實體層（物理層）

　　電腦要組網，第一件事要幹什麼？當然是先把電腦連起來，可以用光纜、電纜、雙絞線、無線電波等方式。這就叫做”實體層”，它就是把電腦連線起來的物理手段。它主要規定了網路的一些電氣特性，作用是負責傳送0和1的電訊號。

1.2 連結層

1.2.1 連結層的由來

　　單純的0和1沒有任何意義，必須規定解讀方式：多少個電訊號算一組？每個訊號位有何意義？這就是”連結層”的功能，它在”實體層”的上方，確定了0和1的分組方式。

1.2.2 乙太網協議

　　早期的時候，每家公司都有自己的電訊號分組方式。逐漸地，一種叫做”乙太網”（Ethernet）的協議，佔據了主導地位。乙太網規定，一組電訊號構成一個數據包，叫做”幀”（Frame）。每一幀分成兩個部分：標頭（Head）和資料（Data）。
　　“標頭”包含資料包的一些說明項，比如傳送者、接受者、資料型別等等；”資料”則是資料包的具體內容。

1.2.3 MAC地址

　　上面提到，乙太網資料包的”標頭”，包含了傳送者和接受者的資訊。那麼，傳送者和接受者是如何標識呢？
　　乙太網規定，連入網路的所有裝置，都必須具有”網絡卡”介面。資料包必須是從一塊網絡卡，傳送到另一塊網絡卡。網絡卡的地址，就是資料包的傳送地址和接收地址，這叫做MAC地址。
　　每塊網絡卡出廠的時候，都有一個全世界獨一無二的MAC地址，長度是48個二進位制位，通常用12個十六進位制數表示。前6個十六進位制數是廠商編號，後6個是該廠商的網絡卡流水號。有了MAC地址，就可以定位網絡卡和資料包的路徑了。

1.2.4 廣播

　　定義地址只是第一步，後面還有更多的步驟。首先，一塊網絡卡怎麼會知道另一塊網絡卡的MAC地址？回答是有一種ARP協議，可以解決這個問題。這個留到後面介紹，這裡只需要知道，乙太網資料包必須知道接收方的MAC地址，然後才能傳送。
　　其次，就算有了MAC地址，系統怎樣才能把資料包準確送到接收方？回答是乙太網採用了一種很”原始”的方式，它不是把資料包準確送到接收方，而是向本網路內所有計算機發送廣播，讓每臺計算機自己判斷，是否為接收方。
　　廣播發送和接受的步驟：1號計算機向2號計算機發送一個數據包，同一個子網路的3號、4號、5號計算機都會收到這個包。它們讀取這個包的”標頭”，找到接收方的MAC地址，然後與自身的MAC地址相比較，如果兩者相同，就接受這個包，做進一步處理，否則就丟棄這個包。這種傳送方式就叫做”廣播”（broadcasting）。
　　有了資料包的定義、網絡卡的MAC地址、廣播的傳送方式，”連結層”就可以在多臺計算機之間傳送資料了。

1.3 網路層

1.3.1 網路層的由來

　　乙太網協議，依靠MAC地址傳送資料。理論上，單單依靠MAC地址，上海的網絡卡就可以找到洛杉磯的網絡卡了，技術上是可以實現的。但是，這樣做有一個重大的缺點。乙太網採用廣播方式傳送資料包，所有成員人手一”包”，不僅效率低，而且侷限在傳送者所在的子網路。也就是說，如果兩臺計算機不在同一個子網路，廣播是傳不過去的。
　　因此，必須找到一種方法，能夠區分哪些MAC地址屬於同一個子網路，哪些不是。如果是同一個子網路，就採用廣播方式傳送，否則就採用”路由”方式向不同的子網路分發資料包。這就導致了”網路層”的誕生。它的作用是引進一套新的地址，使得我們能夠區分不同的計算機是否屬於同一個子網路，這套地址就叫做”網路地址”，簡稱”網址”。
　　網路地址幫助我們確定計算機所在的子網路，MAC地址則將資料包送到該子網路中的目標網絡卡。因此，從邏輯上可以推斷，必定是先處理網路地址，然後再處理MAC地址。

1.3.2 IP協議

　　規定網路地址的協議，叫做IP協議。它所定義的地址，就被稱為IP地址。目前，廣泛採用的是IP協議第四版，簡稱IPv4。這個版本規定，網路地址由32個二進位制位組成。

　　IP協議的作用主要有兩個，一個是為每一臺計算機分配IP地址，另一個是確定哪些地址在同一個子網路。

1.3.3 IP資料包

　　根據IP協議傳送的資料，就叫做IP資料包，其中必定包括IP地址資訊。
　　但是，乙太網資料包只包含MAC地址，並沒有IP地址的欄位。那麼需要把IP資料包直接放進乙太網資料包的”資料”部分，不用修改乙太網的規格。這就是網際網路分層結構的好處：上層的變動完全不涉及下層的結構。具體來說，IP資料包也分為”標頭”和”資料”兩個部分：

　　“標頭”部分主要包括版本、長度、IP地址等資訊，”資料”部分則是IP資料包的具體內容。它放進乙太網資料包後，乙太網資料包就變成了下面：

1.3.4 ARP協議

　　因為IP資料包是放在乙太網資料包裡傳送的，所以必須同時知道兩個地址，一個是對方的MAC地址，另一個是對方的IP地址。通常情況下，對方的IP地址是已知的（後文會解釋），但是我們不知道它的MAC地址。所以，我們需要一種機制，能夠從IP地址得到MAC地址。
　　這裡又可以分成兩種情況。第一種情況，如果兩臺主機不在同一個子網路，那麼事實上沒有辦法得到對方的MAC地址，只能把資料包傳送到兩個子網路連線處的”閘道器”（gateway），讓閘道器去處理。
　　第二種情況，如果兩臺主機在同一個子網路，那麼我們可以用ARP協議，得到對方的MAC地址。ARP協議也是發出一個數據包（包含在乙太網資料包中），其中包含它所要查詢主機的IP地址，在對方的MAC地址這一欄，填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示這是一個”廣播”地址。它所在子網路的每一臺主機，都會收到這個資料包，從中取出IP地址，與自身的IP地址進行比較。如果兩者相同，都做出回覆，向對方報告自己的MAC地址，否則就丟棄這個包。
　　總之，有了ARP協議之後，就可以得到同一個子網路內的主機MAC地址，可以把資料包傳送到任意一臺主機之上了。

1.4 傳輸層

1.4.1 傳輸層的由來

　　有了MAC地址和IP地址，我們已經可以在網際網路上任意兩臺主機上建立通訊。
　　接下來的問題是，同一臺主機上有許多程式都需要用到網路，比如，你一邊瀏覽網頁，一邊與朋友線上聊天。當一個數據包從網際網路上發來的時候，你怎麼知道，它是表示網頁的內容，還是表示線上聊天的內容？也就是說，我們還需要一個引數，表示這個資料包到底供哪個程式（程序）使用。這個引數就叫做”埠”（port），它其實是每一個使用網絡卡的程式的編號，”埠”是0到65535之間的一個整數，正好16個二進位制位。
　　“傳輸層”的功能，就是建立”埠到埠”的通訊。相比之下，”網路層”的功能是建立”主機到主機”的通訊。只要確定主機和埠，我們就能實現程式之間的交流。因此，Unix系統就把主機+埠，叫做”套接字”（socket），有了它就可以進行網路應用程式開發了。

1.4.2 UDP協議

　　現在，我們必須在資料包中加入埠資訊，這就需要新的協議。最簡單的實現叫做UDP協議，它的格式幾乎就是在資料前面，加上埠號。UDP資料包，也是由”標頭”和”資料”兩部分組成：

　　“標頭”部分主要定義了發出埠和接收埠，”資料”部分就是具體的內容。然後，把整個UDP資料包放入IP資料包的”資料”部分，而前面說過，IP資料包又是放在乙太網資料包之中的，所以整個乙太網資料包現在變成了下面這樣：

1.4.3 TCP協議

　　UDP協議的優點是比較簡單，容易實現，但是缺點是可靠性較差，一旦資料包發出，無法知道對方是否收到。
　　為了解決這個問題，提高網路可靠性，TCP協議就誕生了。這個協議非常複雜，但可以近似認為，它就是有確認機制的UDP協議，每發出一個數據包都要求確認。如果有一個數據包遺失，就收不到確認，發出方就知道有必要重發這個資料包了。因此，TCP協議能夠確保資料不會遺失。它的缺點是過程複雜、實現困難、消耗較多的資源。
　　TCP資料包和UDP資料包一樣，都是內嵌在IP資料包的”資料”部分。TCP資料包沒有長度限制，理論上可以無限長，但是為了保證網路的效率，通常TCP資料包的長度不會超過IP資料包的長度，以確保單個TCP資料包不必再分割。

1.5 應用層

1.5.1 應用層的由來

　　應用程式收到”傳輸層”的資料，接下來就要進行解讀。由於網際網路是開放架構，資料來源五花八門，必須事先規定好格式，否則根本無法解讀。”應用層”的作用，就是規定應用程式的資料格式。

1.5.2 應用層解析

　　舉例來說，TCP協議可以為各種各樣的程式傳遞資料，比如Email、WWW、FTP等等。那麼，必須有不同協議規定電子郵件、網頁、FTP資料的格式，這些應用程式協議就構成了”應用層”。這是最高的一層，直接面對使用者。它的資料就放在TCP資料包的”資料”部分。因此，現在的乙太網的資料包就變成下面這樣：

1.6 總結

　　至此，整個網際網路的五層結構，自下而上全部講完了。這是從系統的角度，解釋網際網路是如何構成的。

2 TCP與UDP的區別

3 三次握手和四次分手

3.1 三次握手的過程

　　TCP是面向連線的，無論哪一方向另一方傳送資料之前，都必須先在雙方之間建立一條連線。在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連線服務，連線是通過三次握手進行初始化的。三次握手的目的是同步連線雙方的序列號和確認號並交換 TCP視窗大小資訊。
　　（1）第一次握手：Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=x，並將該資料包傳送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
　　 （2）第二次握手：Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連線，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack (number )=x+1，隨機產生一個值seq=y，並將該資料包傳送給Client以確認連線請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
　　（3）第三次握手：Client收到確認後，檢查ACK是否為Client傳送的seq+1，即x+1；如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=y+1，並將該資料包傳送給Server。Server檢查ack是否為Server傳送的seq+1，即y+1，如果正確則連線建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。

3.2 四次分手的過程

　　當客戶端和伺服器通過三次握手建立了TCP連線以後，當資料傳送完畢，肯定是要斷開TCP連線的啊。那對於TCP的斷開連線，這裡就有了神祕的“四次分手”。
　　（1）第一次分手：客戶端設定seq=x，向服務端傳送一個FIN報文段；此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態；這表示客戶端沒有資料要傳送給服務端了；
　　（2）第二次分手：服務端收到了客戶端傳送的FIN=1，向客戶端回覆ACK=1，ack=收到的seq+1=x+1，然後客戶端進入FIN_WAIT_2狀態；服務端告訴客戶端，在等待自己去關閉連線；
　　（3）第三次分手：服務端向客戶端傳送FIN=1，設定seq=y，請求關閉連線，同時服務端進入LAST_ACK狀態；
　　（4）第四次分手：客戶端收到服務端傳送的FIN，向服務端傳送ACK=1，ack=收到的seq+1=y+1，然後主機1進入TIME_WAIT狀態；服務端收到客戶端的ACK報文段以後，就關閉連線；此時，客戶端等待2MSL後依然沒有收到回覆，則證明Server端已正常關閉，客戶端也關閉連線。

4 抓包分析

4.1 三次握手(和四次分手)分析

4.2 四次分手分析

5 學習連結

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