随着互联网技术的发展，人们可以轻松实现网上冲浪，极大丰富了人们的日常生活。大家有没有想过你所发的文字，语音信息是如何发给另一台设备的呢？
接下来就来简介一下互联网技术重要的组成部分—互联网协议。
众所周知，互联网协议采用分层结构的设计，按照不同的分法：可以分层7层，4层。公认最好理解的是5层。接下来就用协议设计的角度来介绍。
2.1 物理层
物理层是将现实中的设备连接起来，连接的方式有光纤、双绞线、无线载波。
在物理层可以定义数据传播的电气特性，对于计算机来说就是0和1组成的二进制。
2.2 数据链路层
物理层规定了电气信号，但是没有定义计算机的通信方式和数据传输规则，比如数据如何传给设备、数据的开始和结束。
因此数据链路层提出了以太网协议，它使用一种称为“帧”的数据包来传输信息。每个以太网帧由两个部分组成：帧头和数据。
帧头包含了一些元数据，用于指示帧的开始和结束，以及帧的类型和目的地址等信息。帧头的长度为14个字节，其中包括6个字节的目的MAC地址、6个字节的源MAC地址和2个字节的帧类型字段。
数据部分则包含了实际传输的信息。数据部分的长度可以从46个字节到1500个字节不等，如果数据长度小于46个字节，以太网会自动填充数据到46个字节。在数据部分末尾还会包含一个4个字节的CRC校验码，用于检测数据传输过程中是否出现了错误。
当一个文件的数据已经超过了1500，就会划分成几部分进行传输。
以太网可以解决同一个子网的信息传输，其前提是需要知道目的MAC地址，这里提出ARP协议，它是用来获取同一子网下设备的MAC地址。
如图所示，如果A要向B传输数据的话，首先通过ARP进行广播，获取B、C、D的MAC地址。获取到地址后，再在以太网的头部添加目的的MAC地址，再进行广播，在该子网都能收到该数据帧，每台机器收到数据后进行地址判断，当数据中的目的MAC地址和本机的MAC地址相等，就接收数据包，否则就抛弃。
理论上，只要知道某个设备的MAC地址就可传输数据。但在获取MAC地址的时候，需要进行广播，这个方式在小型局域网有实际的意义，如果跨网段，就造成了网络上有很多冗余的数据在传输。因此为了实现跨网段通信，需要另一种方式来表示设备的地址。
2.3 网络层
主要功能是实现不同网络之间的数据传输和路由选择。在互联网中，网络层使用IP协议来进行数据传输和路由选择。
在网络层中采用IP地址来表示计算机的地址。计算机能上网，就必须要配置自己的IP地址。由于目前IP地址采用的IPv4版，大约有42亿个，不满足每个计算机分配一个，而且我国只分到3亿个。因此为了计算机都能上网，在局部形成了很多的局域网。
IPv4例子:
192.10.12.2
而IP地址能通过路由找到目的地址属于那个网段，当找到网段后，就可以使用ARP协议，找到计算机的MAC地址，实现以太网通信。因此，其IP协议和以太网协议的关系如下：
IP协议整体是放到以太网协议的数据中，包括头部和数据，头部主要包括源IP地址、目的IP地址。
2.4 传输层
如果只采用前面三层就可以实现计算机设备之间的通信。但计算机上运行了很多的程序，为了保证每个程序之间相互隔离互补干扰，在传输层分配了端口，因此传输层就是为了建立端口到端口的通信链路。
比如UDP协议（User Datagram Protocol）是一种无连接的、不可靠的传输层协议，它不保证数据传输的可靠性和顺序性，但是具有传输效率高、开销小等特点。
UDP也包括头部和数据部分，头部有8个字节，主要包括源端口号、目的端口号、长度。其和IP协议的关系如下：
与UDP相对应的是TCP协议，它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它保证了网络通信的可靠性和稳定器，其应用更为广泛。
2.5 应用层
它提供了网络应用程序和最终用户之间的接口，使得用户可以通过网络访问各种服务和资源。
常见的应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP、POP3等，它们为不同的应用程序提供了标准化的接口和通信规范，使得不同的应用程序可以在网络上互相通信和交换数据。
例如HTTP协议，现在的以太网的数据包就变成下面这样。
至此，整个互联网的五层结构，自下而上全部讲完了。这是从设计的角度，解释互联网是如何构成的。
原文始发于微信公众号（CodeJames）：互联网协议简介
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