問大家，為什麼要有 TCP/IP 網絡模型？
對于同一台裝置上的程序間通信，有很多種方式，比如有管道、消息隊列、共享記憶體、信号等方式，而對于不同裝置上的程序間通信，就需要網絡通信，而裝置是多樣性的，是以要相容多種多樣的裝置，就協商出了一套通用的網絡協定。
這個網絡協定是分層的，每一層都有各自的作用和職責，接下來就根據「 TCP/IP 網絡模型」分别對每一層進行介紹。
應用層
最上層的，也是我們能直接接觸到的就是應用層（Application Layer），我們電腦或手機使用的應用軟體都是在應用層實作。那麼，當兩個不同裝置的應用需要通信的時候，應用就把應用資料傳給下一層，也就是傳輸層。
是以，應用層隻需要專注于為使用者提供應用功能，比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
應用層是不用去關心資料是如何傳輸的，就類似于，我們寄快遞的時候，隻需要把包裹交給快遞員，由他負責運輸快遞，我們不需要關心快遞是如何被運輸的。
而且應用層是工作在作業系統中的使用者态，傳輸層及以下則工作在核心态。
傳輸層
應用層的資料包會傳給傳輸層，傳輸層（Transport Layer）是為應用層提供網絡支援的。
在傳輸層會有兩個傳輸協定，分别是 TCP 和 UDP。
TCP 的全稱叫傳輸控制協定（Transmission Control Protocol），大部分應用使用的正是 TCP 傳輸層協定，比如 HTTP 應用層協定。TCP 相比 UDP 多了很多特性，比如流量控制、逾時重傳、擁塞控制等，這些都是為了保證資料包能可靠地傳輸給對方。
UDP 相對來說就很簡單，簡單到隻負責發送資料包，不保證資料包是否能抵達對方，但它實時性相對更好，傳輸效率也高。當然，UDP 也可以實作可靠傳輸，把 TCP 的特性在應用層上實作就可以，不過要實作一個商用的可靠 UDP 傳輸協定，也不是一件簡單的事情。
應用需要傳輸的資料可能會非常大，如果直接傳輸就不好控制，是以當傳輸層的資料包大小超過 MSS（TCP 最大封包段長度） ，就要将資料包分塊，這樣即使中途有一個分塊丢失或損壞了，隻需要重新發送這一個分塊，而不用重新發送整個資料包。在 TCP 協定中，我們把每個分塊稱為一個 TCP 段（TCP Segment）。
當裝置作為接收方時，傳輸層則要負責把資料包傳給應用，但是一台裝置上可能會有很多應用在接收或者傳輸資料，是以需要用一個編号将應用區分開來，這個編号就是端口。
比如 80 端口通常是 Web 伺服器用的，22 端口通常是遠端登入伺服器用的。而對于浏覽器（用戶端）中的每個标簽欄都是一個獨立的程序，作業系統會為這些程序配置設定臨時的端口号。
由于傳輸層的封包中會攜帶端口号，是以接收方可以識别出該封包是發送給哪個應用。
網絡層
傳輸層可能大家剛接觸的時候，會認為它負責将資料從一個裝置傳輸到另一個裝置，事實上它并不負責。
實際場景中的網絡環節是錯綜複雜的，中間有各種各樣的線路和分叉路口，如果一個裝置的資料要傳輸給另一個裝置，就需要在各種各樣的路徑和節點進行選擇，而傳輸層的設計理念是簡單、高效、專注，如果傳輸層還負責這一塊功能就有點違背設計原則了。
也就是說，我們不希望傳輸層協定處理太多的事情，隻需要服務好應用即可，讓其作為應用間資料傳輸的媒介，幫助實作應用到應用的通信，而實際的傳輸功能就交給下一層，也就是網絡層（Internet Layer）。
網絡層最常使用的是 IP 協定（Internet Protocol），IP 協定會将傳輸層的封包作為資料部分，再加上 IP 標頭組裝成 IP 封包，如果 IP 封包大小超過 MTU（以太網中一般為 1500 位元組）就會再次進行分片，得到一個即将發送到網絡的 IP 封包。
網絡層負責将資料從一個裝置傳輸到另一個裝置，世界上那麼多裝置，又該如何找到對方呢？是以，網絡層需要有區分裝置的編号。
我們一般用 IP 位址給裝置進行編号，對于 IPv4 協定， IP 位址共 32 位，分成了四段（比如，192.168.100.1），每段是 8 位。隻有一個單純的 IP 位址雖然做到了區分裝置，但是尋址起來就特别麻煩，全世界那麼多台裝置，難道一個一個去比對？這顯然不科學。
是以，需要将 IP 位址分成兩種意義：
- 一個是網絡号，負責辨別該 IP 位址是屬于哪個「子網」的；
- 一個是主機号，負責辨別同一「子網」下的不同主機；
怎麼分的呢？這需要配合子網路遮罩才能算出 IP 位址 的網絡号和主機号。
舉個例子，比如 10.100.122.0/24，後面的/24表示就是 255.255.255.0 子網路遮罩，255.255.255.0 二進制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，大家數數一共多少個1？不用數了，是 24 個1，為了簡化子網路遮罩的表示，用/24代替255.255.255.0。
知道了子網路遮罩，該怎麼計算出網絡位址和主機位址呢？
将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 進行按位與運算，就可以得到網絡号，如下圖：
将 255.255.255.0 取反後與IP位址進行進行按位與運算，就可以得到主機号。
大家可以去搜尋下子網路遮罩電腦，自己改變下「掩碼位」的數值，就能體會到子網路遮罩的作用了。
那麼在尋址的過程中，先比對到相同的網絡号（表示要找到同一個子網），才會去找對應的主機。
除了尋址能力， IP 協定還有另一個重要的能力就是路由。實際場景中，兩台裝置并不是用一條網線連接配接起來的，而是通過很多網關、路由器、交換機等衆多網絡裝置連接配接起來的，那麼就會形成很多條網絡的路徑，是以當資料包到達一個網絡節點，就需要通過路由算法決定下一步走哪條路徑。
路由器尋址工作中，就是要找到目标位址的子網，找到後進而把資料包轉發給對應的網絡内。
是以，IP 協定的尋址作用是告訴我們去往下一個目的地該朝哪個方向走，路由則是根據「下一個目的地」選擇路徑。尋址更像在導航，路由更像在操作方向盤。
網絡接口層
生成了 IP 頭部之後，接下來要交給網絡接口層（Link Layer）在 IP 頭部的前面加上 MAC 頭部，并封裝成資料幀（Data frame）發送到網絡上。
IP 頭部中的接收方 IP 位址表示網絡包的目的地，通過這個位址我們就可以判斷要将包發到哪裡，但在以太網的世界中，這個思路是行不通的。
什麼是以太網呢？電腦上的以太網接口，Wi-Fi接口，以太網交換機、路由器上的千兆，萬兆以太網口，還有網線，它們都是以太網的組成部分。以太網就是一種在「區域網路」内，把附近的裝置連接配接起來，使它們之間可以進行通訊的技術。
以太網在判斷網絡包目的地時和 IP 的方式不同，是以必須采用相比對的方式才能在以太網中将包發往目的地，而 MAC 頭部就是幹這個用的，是以，在以太網進行通訊要用到 MAC 位址。
MAC 頭部是以太網使用的頭部，它包含了接收方和發送方的 MAC 位址等資訊，我們可以通過 ARP 協定擷取對方的 MAC 位址。
是以說，網絡接口層主要為網絡層提供「鍊路級别」傳輸的服務，負責在以太網、WiFi 這樣的底層網絡上發送原始資料包，工作在網卡這個層次，使用 MAC 位址來辨別網絡上的裝置。
總結
綜上所述，TCP/IP 網絡通常是由上到下分成 4 層，分别是應用層，傳輸層，網絡層和網絡接口層。
再給大家貼一下每一層的封裝格式：
網絡接口層的傳輸機關是幀（frame），IP 層的傳輸機關是包（packet），TCP 層的傳輸機關是段（segment），HTTP 的傳輸機關則是消息或封包（message）。但這些名詞并沒有什麼本質的區分，可以統稱為資料包。