互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際上是一套理念和協(xié)議組成的體系架構(gòu)。其中，協(xié)議是一套眾所周知的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，如果各方都同意使用，那么它們之間的通信將變得毫無障礙。

IP：把數(shù)據(jù)包送達(dá)目的主機(jī)

數(shù)據(jù)包要在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行傳輸，就要符合網(wǎng)際協(xié)議（IP）標(biāo)準(zhǔn)，互聯(lián)網(wǎng)上不同的在線設(shè)備都有唯一的地址，地址只是一個(gè)數(shù)字，這和大部分家庭收件地址類似，你只需要知道一個(gè)家庭的具體地址，就可以往這個(gè)地址發(fā)送包裹，這樣物流系統(tǒng)就能把物品送到目的地。

計(jì)算機(jī)的地址就稱為 IP 地址，訪問任何網(wǎng)站實(shí)際上只是你的計(jì)算機(jī)向另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)請(qǐng)求信息。

如果要想把一個(gè)數(shù)據(jù)包從主機(jī) A 發(fā)送給主機(jī) B，那么在傳輸之前，數(shù)據(jù)包上會(huì)被附加上主機(jī) B 的 IP 地址信息，這樣在傳輸過程中才能正確尋址。額外地，數(shù)據(jù)包上還會(huì)附加上主機(jī) A 本身的 IP 地址，有了這些信息主機(jī) B 才可以回復(fù)信息給主機(jī) A。這些附加的信息會(huì)被裝進(jìn)一個(gè)叫 IP 頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里。IP 頭是 IP 數(shù)據(jù)包開頭的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目標(biāo) IP 地址、生存時(shí)間等信息。

簡化的 UDP 網(wǎng)絡(luò)三層傳輸模型

UDP：把數(shù)據(jù)包送達(dá)應(yīng)用程序

IP 是非常底層的協(xié)議，只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)包傳送到對(duì)方電腦，但是對(duì)方電腦并不知道把數(shù)據(jù)包交給哪個(gè)程序，是交給瀏覽器還是交給王者榮耀？因此，需要基于 IP 之上開發(fā)能和應(yīng)用打交道的協(xié)議，最常見的是“用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol）”，簡稱UDP。

UDP 中一個(gè)最重要的信息是端口號(hào)，端口號(hào)其實(shí)就是一個(gè)數(shù)字，每個(gè)想訪問網(wǎng)絡(luò)的程序都需要綁定一個(gè)端口號(hào)。通過端口號(hào) UDP 就能把指定的數(shù)據(jù)包發(fā)送給指定的程序了，所以IP 通過 IP 地址信息把數(shù)據(jù)包發(fā)送給指定的電腦，而 UDP 通過端口號(hào)把數(shù)據(jù)包分發(fā)給正確的程序。和 IP 頭一樣，端口號(hào)會(huì)被裝進(jìn) UDP 頭里面，UDP 頭再和原始數(shù)據(jù)包合并組成新的 UDP 數(shù)據(jù)包。UDP 頭中除了目的端口，還有源端口號(hào)等信息。

簡化的 UDP 網(wǎng)絡(luò)四層傳輸模型

UDP 不能保證數(shù)據(jù)可靠性，但是傳輸速度卻非常快，所以 UDP 會(huì)應(yīng)用在一些關(guān)注速度、但不那么嚴(yán)格要求數(shù)據(jù)完整性的領(lǐng)域，如在線視頻、互動(dòng)游戲等。

TCP：把數(shù)據(jù)完整地送達(dá)應(yīng)用程序

對(duì)于瀏覽器請(qǐng)求，或者郵件這類要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性（reliability）的應(yīng)用，如果使用 UDP 來傳輸會(huì)存在兩個(gè)問題：

• 數(shù)據(jù)包在傳輸過程中容易丟失；
• 大文件會(huì)被拆分成很多小的數(shù)據(jù)包來傳輸，這些小的數(shù)據(jù)包會(huì)經(jīng)過不同的路由，并在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，而 UDP 協(xié)議并不知道如何組裝這些數(shù)據(jù)包，從而把這些數(shù)據(jù)包還原成完整的文件。

基于這兩個(gè)問題，我們引入 TCP 了。TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。相對(duì)于 UDP，TCP 有下面兩個(gè)特點(diǎn)：

• 對(duì)于數(shù)據(jù)包丟失的情況，TCP 提供重傳機(jī)制；
• TCP 引入了數(shù)據(jù)包排序機(jī)制，用來保證把亂序的數(shù)據(jù)包組合成一個(gè)完整的文件。

和 UDP 頭一樣，TCP 頭除了包含了目標(biāo)端口和本機(jī)端口號(hào)外，還提供了用于排序的序列號(hào)，以便接收端通過序號(hào)來重排數(shù)據(jù)包。

簡化的 TCP 網(wǎng)絡(luò)四層傳輸模型

下面我們?cè)倏聪峦暾?TCP 連接過程，通過這個(gè)過程你可以明白 TCP 是如何保證重傳機(jī)制和數(shù)據(jù)包的排序功能的。

一個(gè)TCP連接的生命周期

從上圖可以看出，一個(gè)完整的 TCP 連接的生命周期包括了建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、關(guān)閉連接三個(gè)階段。

首先，建立連接階段。這個(gè)階段是通過“三次握手”來建立客戶端和服務(wù)器之間的連接。TCP 提供面向連接的通信傳輸。面向連接是指在數(shù)據(jù)通信開始之前先做好兩端之間的準(zhǔn)備工作。所謂三次握手，是指在建立一個(gè) TCP 連接時(shí)，客戶端和服務(wù)器總共要發(fā)送三個(gè)數(shù)據(jù)包以確認(rèn)連接的建立。

其次，傳輸數(shù)據(jù)階段。在該階段，接收端需要對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行確認(rèn)操作，也就是接收端在接收到數(shù)據(jù)包之后，需要發(fā)送確認(rèn)數(shù)據(jù)包給發(fā)送端。所以當(dāng)發(fā)送端發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到接收端反饋的確認(rèn)消息，則判斷為數(shù)據(jù)包丟失，并觸發(fā)發(fā)送端的重發(fā)機(jī)制。同樣，一個(gè)大的文件在傳輸過程中會(huì)被拆分成很多小的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端后，接收端會(huì)按照 TCP 頭中的序號(hào)為其排序，從而保證組成完整的數(shù)據(jù)。

最后，斷開連接階段。數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，就要終止連接了，涉及到最后一個(gè)階段“四次揮手”來保證雙方都能斷開連接。

TCP 為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑺奚藬?shù)據(jù)包的傳輸速度，因?yàn)?ldquo;三次握手”和“數(shù)據(jù)包校驗(yàn)機(jī)制”等把傳輸過程中的數(shù)據(jù)包的數(shù)量提高了一倍。