一、协议
我们可以将敲一声铃铛规定为字母a，两声为字母b......以此类推，我们就可以建立起一套通话规则进行人与人之间的交流，这种规定就可以看成协议。
当互联网出现，人与人之间的交流可以通过手中的机器实现时，就必定会出现一套针对市场上所有机器的协议。只有这样，机器之间的交流才会变得规范，可行。
协议分层
协议分成就是把复杂的交流，拆成好几层简单的规则，一层管一件事，互不干扰。为什么要这么设计呢？
就拿上面铃铛的例子来讲，实际交流中还会遇到听不清、敲太快分不清、不知对方是否收到、何时结束等问题，若把所有规则混在一起会杂乱难改。因此将铃铛通信规则分成多层，每层各司其职：最下层负责铃铛发声大小、间隔等信号传递，上层负责规整敲声避免混乱，再上层确定传递对象，接着负责确认接收与重发，最上层才是敲声与字母的对应规则。下层支撑上层，上层无需关心下层实现，更换铃铛只需改动底层，内容规则不受影响。
OSI七层模型
按照OSI七层模型可以将敲铃铛分为七层：
- 物理层 ：铃铛怎么敲、声音多大、用什么铃铛（只传信号）
- 数据链路层 ：规定敲几下一组、别敲太快听混（整理信号）
- 网络层 ：这串铃铛声传给谁、传给哪个人（寻址找目标）
- 传输层 ：对方收到没？没收到就重敲一遍（保证送达）
- 会话层 ：什么时候开始敲、什么时候停、谁先敲（控制对话）
- 表示层 ：把敲声转成字母、加密或翻译（统一格式）
- 应用层 ：直接用来聊天、传话、表达意思（用户真正用的）
OSI 七层模型理论完整 ，但会话层、表示层难以在系统中独立实现，因此实际网络工程中采用合并了这两层的五层协议模型。
因为是刚入网络部分，上面的内容还需要后续的深入学习才能彻底明白，现在先记个大概。
TCP/IP五层协议
TCP/IP 并非单个协议，而是由众多协议共同组成的TCP/IP 协议簇。它采用 5 层层级结构，每一层都会调用下一层提供的网络服务来满足自身需求。
物理层负责光、电信号的传输方式，像以太网网线、光纤、WiFi 所用电磁波都属于这一层，它决定了网络最大传输速率、传输距离和抗干扰性，集线器（Hub）工作在物理层；
数据链路层负责设备间数据帧的传送与识别，完成网卡驱动、帧同步、冲突检测、数据差错校验等工作，对应以太网、无线 LAN 等标准，交换机（Switch）工作在数据链路层；
网络层负责地址管理和路由选择，比如通过 IP 地址标识主机，依靠路由表规划数据传输线路，路由器（Router）工作在网络层；
传输层负责两台主机之间的数据传输，例如 TCP 协议可确保数据可靠地从源主机传输到目标主机；
应用层负责应用程序之间的沟通，比如邮件传输（SMTP）、文件传输（FTP）、网络远程访问（Telnet）等，我们日常的网络编程主要针对应用层展开。
为什么要有TCP/IP协议
首先，就算是单机，计算机内部本身就存在各类通信协议 ，比如硬件和内存通信有内存协议，硬件和磁盘通信有磁盘相关协议，只是我们日常感知不到。而且这些协议只服务于本地主机内部的硬件，通信距离近、场景简单，需要解决的问题很少。
其次，网络通信和本地硬件通信最大的区别，就是不同主机之间的距离被拉远了，通信场景变得复杂，随之出现了很多新的传输问题，想要解决这些远距离、跨设备的通信问题，就需要一套专门的新协议，这就是 TCP/IP 协议存在的意义。
TCP/IP协议与OS之间的关系
图中左右两侧分别是 Windows 和 Linux 的系统架构：两者的用户操作、shell 界面、内核实现细节都有差异，但网络协议栈必须严格遵循 TCP/IP 国际标准实现。
传输层（TCP）、网络层（IP）是协议栈的核心，必须实现在操作系统内核中 ------ 无论 OS 是什么，这部分的协议逻辑必须完全一致，这是不同主机能互相通信的秘密。
协议的本质
不同操作系统就像不同国家的人，母语（系统实现）不同，但要交流必须用同一套国际通用语言（TCP/IP 协议栈）。TCP/IP 就是网络世界的 "通用语"，核心规则（TCP/IP）被写进系统内核，保证所有人都遵循同一套标准，应用层就是用这套 "语言" 说不同的话（不同的网络应用）。
网络协议的本质就是一个双方必须完全一致的结构类型，发送方主机按照这个结构体的规则把数据塞进去，接收方主机拿着同一个结构体按照相同的规则把数据拆出来，这样数据就能被正确读取。
比如主机A定义`struct protocol { int a; int b; int c; };`并填入`{10,20,30}`，发送的就是按int顺序排列的12字节二进制数据，主机B只要用完全一样的结构体，先读4字节得a=10，再读4字节得b=20，最后读4字节得c=30，不管双方系统是Windows还是Linux、硬件怎么不一样，只要结构体完全相同，就能准确解析数据，这就是跨机器通信能正确的核心原因。
二、网络传输基本流程
局域网的通信
以太网
几个电脑之间用网线之间连起来，就算没有连上互联网，被几根网线链接起来的电脑依旧可以联机玩些联机游戏开房间，发送文件。这就是典型的以太网。
凡是用网线 / 光纤 连接电脑、交换机、路由器组成的本地网络，基本都是以太网，它是现代局域网最基础、最稳定的底层通信方式。
稍微注意一下，以太网专指有线标准，我们常用的 Wi-Fi 是无线局域网标准，和以太网并列、功能类似，但不属于以太网。
MAC地址初识
MAC 地址也叫物理地址 / 硬件地址 ，是工作在数据链路层、用来唯一标识网卡设备的固定地址，长度为 48 比特（6 个字节），标准格式为 16 进制数字加冒号分隔（例：08:00:27:03:fb:19）；
它由网卡厂商在出厂时烧录到芯片中，理论上全球唯一，多数设备默认不可修改，虚拟机的 MAC 为虚拟生成、可能重复，部分网卡支持手动修改 MAC；
其核心作用是仅在同一局域网内实现设备寻址，同一局域网中 MAC 必须唯一
局域网内主机收到报文后，会通过比对目标 MAC 地址判断数据是否发给自己，匹配则接收，不匹配则丢弃。
数据碰撞
在以太网中，同一时刻只能有一台设备向外发送数据，多台设备同时发送会产生信号干扰，这种情况就是数据碰撞 。所有参与通信的主机都需要具备碰撞检测（CD）与 碰撞避免（CA）机制，来减少和处理冲突。在没有交换机、仅用集线器组网的环境下，整个以太网共享同一传输通道，属于同一个碰撞域。
从系统角度理解：网卡负责硬件层面的信号收发与碰撞检测，操作系统内核通过数据链路层协议，解析以太网帧中的源 / 目的 MAC 地址，完成局域网内的设备识别与数据交付，这也是以太网底层通信的核心逻辑。
通信栈
发送方（主机 1）：数据封装过程
发送数据时，数据从应用层向下逐层传递，每一层都会给上层数据加上本层的协议报头（即我们之前说的 "结构体"），完成封装：
- 应用层 ：用户 A 生成原始业务数据
"你好"，应用层（如 HTTP、FTP）加上应用层报头，封装成应用层数据。 - 传输层 ：将应用层数据作为 payload，加上传输层报头（如 TCP 头，含端口、序号、校验和等），封装成传输层报文段。
- 网络层 ：将传输层报文段作为 payload，加上网络层报头（如 IP 头，含源 / 目的 IP、TTL 等），封装成 IP 数据包。
- 数据链路层 ：将 IP 数据包作为 payload，加上链路层报头（如以太网帧头，含源 / 目的 MAC、帧校验等），封装成以太网帧。
- 物理层：网卡将以太网帧转换为比特流（电 / 光 / 无线信号），通过物理网络发送给主机 2。
特点：每一层仅给上层数据加本层报头，不修改上层内容，最终形成
链路报头+网络报头+传输层报头+应用层报头+"你好"的完整数据帧，像 "套娃" 一样层层嵌套。
接收方（主机 2）：数据解封装 / 分用过程
接收数据时，数据从物理层向上逐层传递，每一层都会剥掉本层的协议报头，完成解封装，最终还原原始数据：
- 物理层：网卡接收比特流，还原成完整的以太网帧，交给数据链路层。
- 数据链路层 ：剥掉链路层报头，校验 MAC 地址、帧完整性，将 IP 数据包交给网络层。
- 网络层 ：剥掉网络层报头，校验 IP 地址、TTL，将传输层报文段交给传输层。
- 传输层 ：剥掉传输层报头，校验端口、序号、校验和，将应用层数据交给应用层。
- 应用层 ：剥掉应用层报头 ，还原出原始数据
"你好"，最终交给用户 B。
特点：与封装过程完全逆序，每一层只处理自己的报头，不关心上层内容；接收方根据报头中的标识（如端口号、协议号），将数据分发给对应的上层协议 / 应用，这个过程称为分用（Demultiplexing）。
通信栈的价值
- 解耦：各层独立实现、独立升级，互不干扰。比如从 IPv4 升级到 IPv6，仅修改网络层，应用层、传输层完全无需改动；从百兆网升级到万兆网，仅修改物理层 / 数据链路层，上层无感知。
- 标准化：每一层的协议（结构体）由国际标准统一规定，保证全球设备互通。
- 可扩展性：可以在现有分层架构上新增协议、功能，不破坏原有体系。
报头 = 协议的结构体
每一层的报头，本质就是我们之前说的「双方必须完全一致的结构体」：
-
发送方按结构体格式填字段、打包数据；
-
接收方按完全相同的结构体格式读字段、解析数据；
-
只要结构体（协议格式）完全一致，无论操作系统、硬件如何不同，都能正确还原数据。
层级 报头标准名称 报头核心作用 对应核心知识点 数据链路层 以太网帧头（Ethernet Header） 解决局域网内的设备寻址与物理传输 用 MAC 地址唯一标识目标网卡，保证数据在同一局域网内精准送达目标设备；同时承载帧校验序列（FCS）、冲突处理相关字段，保障链路层传输的完整性 网络层 IP 报头（IP Header） 解决跨网络的全局路由与寻址 用 IP 地址标识目标主机，承载源 / 目的 IP、TTL、路由标识等字段，让数据可经过多个路由器跨网段传输，最终送达全球任意联网设备；无 IP 报头则数据仅能在局域网内传输，无法接入互联网 传输层 TCP/UDP 报头（TCP/UDP Header） 解决端到端的进程通信与可靠性 用端口号唯一标识目标主机上的具体应用（如微信、浏览器）；TCP 报头额外承载序号、确认号、重传、流量控制、拥塞控制等字段，保证数据 100% 可靠、不丢包、不乱序；UDP 报头则以极简结构实现低延迟传输 应用层 应用协议报头（如 HTTP Header、FTP Header） 解决应用之间的业务交互 定义业务数据的格式、语义与交互规则，例如 HTTP 报头会声明请求方法（GET/POST）、资源路径、编码格式、缓存策略等，让通信双方的应用能准确解析业务数据
上面的知识点后面会深入学习，目前了解大概就行。
返回发包和解包，每一次的发包和解包都是一次入栈、出栈的过程，故会被称为通信栈。
跨网络的通信
IP地址初识
世界很大，我想去看看。出门旅游，最值得重视的就是目的地。互联网很大，为了使得数据能从一台机器精准的传输至另一台指定机器，每个机器都会被分配一个全球唯一的IP地址，类似于我们的身份证。
IP 协议有 IPv4 和 IPv6 两个版本，如无特殊说明一般默认指 IPv4；
IP 地址是 IP 协议里用于标识网络中不同主机的地址，IPv4 的 IP 地址为 4 字节（32 位）的整数，通常采用点分十进制的字符串形式表示（如 192.168.0.1），以点分隔的每个数字对应一个字节，取值范围 0~255
跨网通信的核心逻辑
跨网通信，就是数据从源主机所在的局域网出发，经过路由器在多个网络之间接力转发，最终抵达目标主机所在的局域网。
结合 IP 与 MAC 联合工作的逻辑就是：
- IP 地址：从头到尾不变，用来标识 "起点是哪个网络、终点是哪个网络"，路由器靠它决定往哪个方向转发；
- MAC 地址：只在当前局域网内有效，每经过一个路由器就会被替换一次，负责把数据包在当前这段局域网里，准确送到下一跳设备。