全世界有那么多的电脑，为什么他们两两之间可以互联？
为了使不同的计算机之间可以互联，ARPANet制定了一套计算机通信协议，即TCP/IP通信协议，他们对电脑如何连接组网作出了详细的规定。理解了这些协议，就理解了网络的原理。
一、概述：
1、模型：
为了减少设计的复杂性，大多数网络采用了分层的方式来组织。每一层都有自己的功能，就像建筑物一样，每一层都靠下一层支持。每一层利用下一层提供的服务来为上一层提供服务，本城服务的实现细节对上层屏蔽。
用户接触到的，只是最上面的一层，根本没有感觉到下面的层。要理解互联网，必须从最下层开始，自下而上理解每一层的功能。
为了方便理解，我们把它分为5层（注意没有5层，只是便于分析）
越是下面的层，越靠近硬件；越上面的层，越靠近用户。
1.2 层与协议：
每一层都是为了完成一种功能。为了实现这些功能，就需要大家都遵守共同的规则。大家都遵守的规则就是协议（protocol）。
网络中每一层，都定义了很多协议。这些协议的总称就叫做：”TCP/IP“协议。是internet最基本的协议。TCP/IP协议是一个大家族，不仅仅只有TCP/IP协议，它还包括其他的协议。
二、物理层：
使用双绞线，电缆等将电脑连接起来，这就叫做物理层，它就是把电脑连接起来的手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是传送0，1的电信号。
三、连接层：
3.1 定义：单纯的0，1没有任何意义，必须规定解读的方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？这就是连接层的功能，他在物理层的上方，确定了0和1的分组方式。
3.2以太网协议：
早期的时候，每家公司都有自己的电信号分组方式。逐渐的，一种叫做”以太网“的协议，占据了主导地位。
以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做帧。每一帧分成两个部分：标头+数据
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。长度固定为18字节。
数据：数据包的内容。数据的长度，最短为46字节，最长为1500字节。因此，整个帧的最短长度是64字节，最长为1518字节。如果数据很长，就必须分解为多个帧进行发送。
3.3MAC地址
上面提到了，以太网的数据报 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的？
以太网规定了，进入网络的所有设备，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。通过网卡能够使不同的计算机之间连接，从而完成数据通信等功能。网卡的地址，，就是数据包的发送地址和接受地址，这就叫做MAC地址。
MAC地址，用于标识网络设备，类似于身份证号，每块网卡出场的时候，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16进制数表示。
有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的途经了。
3.4广播：
定义地址只是第一步，后面还有更多的步骤：
（1）一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址？
答：有一种ARP协议，可以进行地址解析，以太网数据包必须知道接收方的MAC地址，然后才能发送。
（2）其次，就算有了MAC地址，系统怎样才能把数据包准确发送到接收方？
答：以太网采用了一种很原始的方式，它并不是把数据报准确的送到接收方，而是向本网络内的所有主机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方？
有了数据包的定义，网卡的MAC地址，广播的发送方式，”连接层“就可以在多台计算机之间传送数据。
四、网络层：
以太网协议，依靠MAC地址发送数据。理论上，单单依靠MAC地址，北京的网卡就可以找到深圳的网卡了，技术上是可以实现的。
但是，这样做有一个缺点，效率低，而且局限在发送者所在的子网络中。也就是说，如果两台计算机不在一个子网络，广播是穿不过去的。
互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络，很难想象，北京和深圳的电脑会在一个子网络中，这几乎是不可能的。
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。（”路由“就相当于现象生活中的路标，规定这些数据包的走向，就是指如何向不同的自网络分发数据包，这是一个很大的主题）
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1同一个网络。这套地址就叫做”网络地址“,简称网址。
于是网络层出现，每台计算机都有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有人关系，MAC
地址时绑定到网卡上的，网络地址则是管理员分配的，他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，然后处理MAC地址。
4.2 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。
目前，广泛采用的是ip协议的第四版，简称ipv4，这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成。
互联网上的每一台计算机，都会分配一个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。
比如：ip: 172.16.254.1
172代表是：B类地址。网络号：前16位。主机号：后24位。
那么怎么才能从ip地址，判断出两台计算机是否属于同一个子网络？这就要使用子网掩码了！
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位的二进制数字，她的网络部分全部为1，主机部分全部为0，并且1和0连续。
A:0-127
B:128-191
C:192-223
D:224-239
E:240-255
现有ip：172.16.254.1，如果已知网络部分是前面24位，主机部分是后面8位，那么子网掩码就是：255.255.255.0
我们可以通过子网掩码来区分哪部分是子网ID，哪部分是主机ID。IP地址和子网掩码中1相与&，既可以得到子网ID，IP地址和子网掩码中0相或|，即可得到主机ID。
比如已知，ip地址：172.16.254.1和ip地址：172.16.254.233的子网掩码都是255.355.255.0，请问，他们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，结果都是172.16.254.0,因此他们在同一个子网络。
总结一下：ip协议作用有两个，一个是为每一台计算机分配ip地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
4.3ip数据包。
根据ip协议发送的数据，就叫做ip数据包。不难想象，其中必定包括ip地址信息。
但是，以太网数据包只包含MAC地址，并没有ip地址的栏位。那么有必要修改数据定义，在定义一个栏位吗？
答：不要，我们可以把ip数据包直接放进以太网数据包的数据部分，因此完全不用修改以太网的规格。这就是互联网分层的好处：上层的变动完全不涉及下层的结构。
具体来说，ip数据包也分“标头”和“数据”两个部分。
标头主要包括版本，长度，ip地址等信息，数据部分则是ip数据包的具体内容。他放进以太网数据包后，以太网数据包就变成了下面这样：
ip数据包的标头部分长度为20-60字节，整个数据包的长度最大为65535字节。因此，理论上，一个ip数据包的数据部分，最长为65515字节。前面说过，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，他就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。
4.4ARP协议。
关于网络成，还有最后一些需要说明：
因为ip数据包是放在以太网数据包里发送的，所以我们必须同时知道两个地址，一个是对方的MAC地址，另一个是对方的IP地址。通常情况下，对方的ip地址是已知的，但是我们不知道他的MAC地址。
所以我们需要一种机制，即ARP协议：将从ip地址就可定义得到MAC地址：
这里又分为两种情况：（1）如果两台计算机不在同一个子网络，那么事实上没有办法得到对方的MAC地址，只能把数据包传送到两个子网络连接处的网关（gateway），让网关去处理。
（2）如果两台主机处于同一个子网络，那么我们可以用ARP协议，得到对方的MAC地址。ARP协议也是一个数据包，其中包含他对所要查询主机的IP地址，在对方的MAC地址栏这一栏，填的是FF:FF;FF;FF;FF;FF,这个表示，一个广播地址。他所在的网络中的每一台主机，都会受到这个数据包，从中取出ip地址，与自身的ip地址进行比较。如果两者相同，都做出回复，向对方报告自己的MAC地址，否则就丢弃这个包。
总之，有了ARP协议之后，我们就可以得到同一个子网络内的主机MAC地址，可以把数据包发送到任意一台主机上。
五、传输层。
5.1传输层的由来
有了MAC地址和ip地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。
接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如：一边浏览网页，一边就在于同学聊qq，当一个数据包从互联网山发来的时候，你怎么知道，他是表示网页的内容还是表示在线聊天的内容？
这就代表着，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底共那个程序（进程）使用。这个参数就叫做端口：port，他其实就是，每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序能取到自己所需要的数据。
端口是0-65535之间的一个整数，正好16个二进制位。0-1023的端口被系统占用，用户只能选用大于1023的端口。不管是网页还是在线聊天，应用程序会随机选用每一个端口，然后与服务器的相应端口联系。
传输层功能就是：建立端口到端口的通信，相比之下，网络层的功能是建立主机到主机的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。。因此，unix系统就把主机+端口，就叫做套接字（socket）。有了它我们就可以进行网络应用程序开发了。
5.2UDP协议
5.3tcp协议：
udp协议的优点是比较简单，容易实现，但是缺点是可靠性差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。
为了解决这个问题，提高网络可靠性，TCP协议就这样产生了，这个协议非常复杂，但可以近似的认为，他就是有确认机制的UDP协议，没发出一个数据包要求确认。如果可以近似认为，他就是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认。如果一个数据包遗失，就收不到确认，发出放就知道有必要重发这个数据包了。
因此，TCP协议能够确认数据不会遗失。他的缺点是，过程过于复杂，实现苦难，消耗过多的资源。
六、应用层
应用层收到 传输层 的 数据，接下来就要解读，由于互联网是开放架构，数据来源多，必须事先规定好格式，否则根本无法解读。
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，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。