Linux 网络基础入门：协议栈与传输流程

早期计算机主要用于军事领域，处于单机独立运行状态。随着需求增加，多台计算机开始连接以实现互联。

局域网（LAN）通过交换机和路由器将数量众多的计算机连接在一起；广域网（WAN）则负责连接远隔千里的设备。这两者其实是相对概念：家庭路由器内部是局域网，连接社区的则是广域网；社区之间互联构成更大的广域网，而全球互联则构成了互联网。

协议本质上是一种约定。计算机之间通过光信号或电信号交流，利用频率强弱代表 0 和 1。为了传递不同信息，必须约定好数据格式，例如 000 代表什么含义。

要让多台计算机相互通信，就必须遵循共同的标准，这就是网络协议。

分层设计的核心优势在于封装。以打电话为例，语言层有汉语、英语等协议，通信设备层也有相应的传输协议。如果双方改用英语交流，只需变更语言层协议，无需改动电话硬件协议；若改为无线电通信，则只需调整通信层协议，语言层依然保持不变。

实际的网络协议结构比这个例子更复杂，层数更多。

OSI 模型从逻辑上将网络分为七层，概念清晰且理论完整：

在实际学习中，通常将上三层合并为应用层，因此常称为 TCP/IP 五层模型。由于物理层涉及较少，有时也被简称为 TCP/IP 四层模型。

之所以重点强调 TCP/IP，是因为它们分别代表了传输层和网络层的核心协议。每一层都有对应的协议规范：

网络通信的本质就是贯穿协议栈的过程。操作系统中的网络协议栈负责管理这一流程。

发送端的数据流向是从上到下：用户层拿到有效载荷后添加报头传给传输层，传输层再添加报头传给网络层，依此类推，直到物理层将数据发出。

接收端则相反：数据链路层解包属于自己的报头并向上传输，网络层、传输层、应用层依次解包，最终拿到原始数据。

关键点在于：

网络传输封装示意图

MAC 地址用于识别数据链路层的相连节点。它由 48 位（6 字节）组成，通常用十六进制加冒号表示，例如 08:00:27:03:fb:19。MAC 地址在网卡出厂时设定，通常具有唯一性。

MAC 地址示意图

在局域网中，多台主机共享同一信道。当主机 H1 发送数据时，所有主机都会接收到该数据帧。H2 发现目标 MAC 不是自己，直接丢弃；H10 发现是自己，则向上层传输。

为了避免冲突，同一时间只能有一台主机向局域网发送数据，发送前需执行避免碰撞的算法。交换机在此过程中起到关键作用：它能划分碰撞域。当左侧主机交换数据时，数据不会传到右侧；右侧发生碰撞也不会干扰左侧，从而提升了网络效率。