该学好的课划水过去了，后来都是要还的。
还是先参考着阮一峰的文章先略记吧，需要的时候再补充《计算机网络》书上的内容
http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html
大家都遵守的规则就叫协议，互联网的核心是一系列协议，总称为"互联网协议"（Internet Protocol Suite）。
它们对电脑如何连接和组网，做出了详尽的规定。理解了这些协议，就理解了互联网的原理。
# 五层模型
宽带通信网课程的老师说过，重要的不是3层5层7层，重要的是分层的思想。把功能拆解，各司其职，不只是对于互联网协议有价值。
七层其实是更完善的，但设计出来时，五层已经统治地球了，科研拗不过市场。哈哈。
于是从用户到底层硬件就如下：（中文译名有所区别，英文都一样）PS:layer 和 level 区别？
- 应用层（Application Layer）
- 规定应用程序的数据格式; 收到"传输层"的数据，进行解读。
- 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"。
- 直接面对用户。数据就放在TCP数据包的"数据"部分
- 传输层（Transport Layer）
- 找到主机后找端口（PORT），数据包和具体程序匹配：0-65535，16个二进制
- 0-1023被系统占用。应用程序随机选一个
- 主机+端口：套接字（Socket）
- UDP 规定了数据包格式，Head+Data 放入 IP 的 Data. Head定义了发出端口和接收端口,总长不超过65535字节
- TCP 近似有确认机制的 UDP，实现复杂。也内嵌在IP数据包的Data, 数据包没有长度限制，但是为了保证网络的效率，通常不会超过IP数据包，以确保单个TCP数据包不必再分割。
- 网络层（Network Layer）
- 用 MAC 地址发送数据有缺陷：广播效率低，只能在子网
- 于是：子网内 广播，网间 路由（如何向不同的子网络分发数据包）
- 网络地址——确定计算机所处子网络
- 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。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。
- IP 地址（网络+主机） 和 子网掩码 位与 得到子网地址
- Head + Data 一起放进（封装进）链路层的 Data 里，Head 20-50字节，总长最大65535字节，于是一个 IP 包可能要拆成多个链路层的以太网数据包
- 链路层（Link Layer）
- 在各家争霸中，以太网（Ethernet）协议胜出，包括数据分组、设备地址、发送方式
- 数据分组：如：多少个0、1算一组？各个信号位什么意思？——一组电信号构成一帧（Frame），包括 Head 和 Data：Head 18字节，包含数据包说明项（收发方，数据类型等）；Data46-1600字节
- 地址：所有连入网络的设备都有网卡，网卡出厂时都有MAC 地址，即48位二机制地址（12个十六进制数字，厂商+网卡号）
- 怎么知道 MAC？
- 不同子网的计算机不知道对方 MAC 地址，只能发给网关(gateway)；
- 同一子网内用，ARP：广播含目标 IP 的数据包，MAC 位置填FF:FF:FF:FF:FF:FF代表广播，IP 匹配上的计算机会回复自己的 MAC，否则丢弃。
- 数据发送：广播（broadcasting），向本网络内所有计算机发送
- 物理层（Physical Layer）
- 用物理手段（光缆、电缆、双绞线、无线电）把计算机连接起来，规定电气特性，负责传送0、1电信号（高低电平）
# 疑问：为什么要用 MAC 地址，直接 IP 不都能找到主机了吗？什么时候是 UDP 什么时候是 TCP
下面从用户的角度来看待：
- 静态IP地址
- 本机 IP 地址
- 子网掩码
- 网关的IP地址
- DNS的IP地址
- 动态 IP 地址
- DHCP协议自动分配 IP 地址：每一个子网络中，有一台计算机负责管理本网络的所有IP地址，即"DHCP服务器"。新的计算机加入网络，必须向"DHCP服务器"发送一个"DHCP请求"数据包，申请IP地址和相关的网络参数。
- 如果两台计算机在同一个子网络，必须知道对方的MAC地址和IP地址，才能发送数据包。但是，新加入的计算机不知道这两个地址，怎么发送数据包呢？
- DHCP 是应用层协议，在 UDP 协议之上，所以 "DHCP请求"数据包是这样的
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- "以太网标头"，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者填入FF-FF-FF-FF-FF-FF。
- 后面的"IP标头"，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。
- 最后的"UDP标头"，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。
- DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个"DHCP响应"数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。
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一个实例：访问网页
- 用户设置好了自己的网络参数：
* 本机的IP地址：192.168.1.100
* 子网掩码：255.255.255.0
* 网关的IP地址：192.168.1.1
* DNS的IP地址：8.8.8.8
- 打开浏览器，输入了网址：www.google.com -->浏览器要向Google发送一个网页请求的数据包。
- DNS协议可以帮助我们，将这个网址转换成IP地址。已知DNS服务器为8.8.8.8，于是我们向这个地址发送一个DNS数据包（53端口）。然后，DNS服务器做出响应，回复Google的IP地址是172.194.72.105为什么是 UDP
- 接下来要判断，这个IP地址是不是在同一个子网络
- 已知子网掩码是255.255.255.0(DNS也回复了谷歌的子网掩码？)，对自己的IP地址Google的IP地址做AND运算，两个结果不相等，所以google与本机不在同一个子网络。
- 因此，我们要向Google发送数据包，必须通过网关192.168.1.1转发，也就是说，接收方的MAC地址将是网关的MAC地址。
- 应用层协议，浏览网页用的是HTTP协议，它的整个数据包构造是这样的：为什么是 TCP
HTTP部分的内容，类似于下面这样：
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ......
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: ... ...
我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。
- TCP协议
- TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775
- TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。
- IP协议
- 然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。
- 以太网协议
- 最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。
- 以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。
- 服务器端响应
- 经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。
- 根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的"HTTP请求"，接着做出"HTTP响应"，再用TCP协议发回来。
- 本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。
