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一、什么是协议
协议，相当于正常交流必须掌握的一种规范，双发都懂的一种约束规则。比如要看发送和接收电报，需要有一个密码本来解密信息，这个密码本就是双方的协议。为什么会出现协议？互联网世界可以理解为机器间的交互，若需要两台机器完成某件事，那么这两台机器的“对话”双方必须都听得懂，我们不可能要求两台机器一模一样，就像不能要求两个人一样，所以为了方便交互就制定了协议，只要大家都用各自的方式看懂协议就能交流。
[出自:jiwo.org]
二、协议三要素
1、语法，就是一段内容要符合一定的规则和格式。
2、语义，就是这一段内容要代表某种意义。例如数字减去数字是有意义的，数字减去文本一般来说就没有意义。
3、顺序，就是先干啥，后干啥。必须严格遵守的秩序。
三、以HTTP 协议为例来看看协议长什么样
1、当我们打开浏览器输入网址网购时，这个网址其实就是一种协议的格式，比如，网易考拉格式像下面这样：
1 HTTP/1.1 200 OK
2 Date: Tue, 27 Mar 2018 16:50:26 GMT
3 Content-Type: text/html;charset=UTF-8
4 Content-Language: zh-CN
5 <!DOCTYPE html>
6 <html>
7 <base href="https://pages.kaola.com/" />
8 <meta charset="utf-8"/> <title> 网易考拉 3 周年主会场 </title>
2、我们来看看这符合协议三要素吗？
首先，符合语法，只有按照上面的格式，浏览器才会认识。即 状态、部首、内容
第二，符合语义，就是按照约定的意思。例如，状态 200，表示的意思就是网页成功返回，如果不成功可能就是 404
第三，符合顺序，一点浏览器，就是发送一个 HTTP 请求，然后才有上面一串 HTTP 返回的东西。
浏览器显然按照协议商定好的做了，最后一个五彩缤纷的页面就出现在你面前了。
三、常用的网络协议
用一个购物下单的过程，看看互联网世界在运行中使用了哪些网络协议。
1、你先在浏览器里面输入 https://www.kaola.com ，这是一个URL。浏览器只知道名字是“www.kaola.com”，但是不知道具体的地点，所以不知道应该如何访问。于是，它打开地址簿去查找。可以使用一般的地址簿协议DNS去查找，还可以使用另一种更加精准的地址簿查找协议HTTPDNS。
2、无论用哪一种方法查找，最终都会得到这个地址：106.114.138.24。这个是IP地址，是互联网世界的“门牌号”。
3、知道了目标地址，浏览器就开始打包它的请求。对于普通的浏览请求，往往会使用HTTP协议；但是对于购物的请求，往往需要进行加密传输，因而会使用HTTPS协议。无论是什么协议，里面都会写明“你要买什么和买多少”。
4、DNS、HTTP、HTTPS 所在的层我们称为应用层。经过应用层封装后，浏览器会将应用层的包交给下一层去完成，通过 socket 编程来实现。下一层是传输层。传输层有两种协议，一种是无连接的协议UDP，一种是面向连接的协议TCP。对于支付来讲，往往使用 TCP 协议。所谓的面向连接就是，TCP 会保证这个包能够到达目的地。如果不能到达，就会重新发送，直至到达。
5、TCP 协议里面会有两个端口，一个是浏览器监听的端口，一个是电商的服务器监听的端口。操作系统往往通过端口来判断，它得到的包应该给哪个进程。
6、传输层封装完毕后，浏览器会将包交给操作系统的网络层。网络层的协议是 IP 协议。在 IP 协议里面会有源 IP 地址，即浏览器所在机器的 IP 地址和目标 IP 地址，也即电商网站所在服务器的IP 地址。
7、操作系统既然知道了目标 IP 地址，就开始想如何根据这个门牌号找到目标机器。操作系统往往会判断，这个目标 IP 地址是本地人，还是外地人。如果是本地人，从门牌号就能看出来，显然电商网站不在本地，而在遥远的地方。
8、操作系统知道要离开本地去远方。虽然不知道远方在何处，但是可以这样类比一下：如果去国外要去海关，去外地就要去网关。而操作系统启动的时候，就会被 DHCP 协议配置 IP 地址，以及默认的网关的 IP 地址 192.168.1.1。
9、操作系统如何将 IP 地址发给网关呢？在本地通信基本靠吼，于是操作系统大吼一声，谁是192.168.1.1 啊？网关会回答它，我就是，我的本地地址在村东头。这个本地地址就是MAC地址，而大吼的那一声是ARP协议。
10、于是操作系统将 IP 包交给了下一层，也就是MAC 层。网卡再将包发出去。由于这个包里面是有 MAC 地址的，因而它能够到达网关。
11、网关收到包之后，会根据自己的知识，判断下一步应该怎么走。网关往往是一个路由器，到某个IP 地址应该怎么走，这个叫作路由表。
12、路由器有点像玄奘西行路过的一个个国家的一个个城关。每个城关都连着两个国家，每个国家内部相当于一个局域网，在每个国家内，都可以使用本地的地址 MAC 进行通信。
13、一旦跨越城关，就需要拿出 IP 头来，里面写着贫僧来自东土大唐（就是源 IP 地址），欲往西天拜佛求经（指的是目标 IP 地址）。路过宝地，借宿一晚，明日启行，请问接下来该怎么走啊？
14、城关往往是知道这些“知识”的，因为城关和临近的城关也会经常沟通。到哪里应该怎么走，这种沟通的协议称为路由协议，常用的有OSPF和BGP。
15、城关与城关之间是国家，当网络包知道了下一步去哪个城关，还是要使用国家内部的 MAC地址，通过下一个城关的 MAC 地址，找到下一个城关，然后再问下一步的路怎么走，一直到走出最后一个城关。
16、最后一个城关知道这个网络包要去的地方。于是，对着这个国家吼一声，谁是目标 IP 啊？目标服务器就会回复一个 MAC 地址。网络包过关后，通过这个 MAC 地址就能找到目标服务器。
17、目标服务器发现 MAC 地址对上了，取下 MAC 头来，发送给操作系统的网络层。发现 IP 也对上了，就取下 IP 头。IP 头里会写上一层封装的是 TCP 协议，然后将其交给传输层，即TCP层。
18、在这一层里，对于收到的每个包，都会有一个回复的包说明收到了。这个回复的包绝非这次下单请求的结果，例如购物是否成功，扣了多少钱等，而仅仅是 TCP 层的一个说明，即收到之后的回复。当然这个回复，会沿着刚才来的方向走回去，报个平安。因为一旦出了国门，西行路上千难万险，如果在这个过程中，网络包走丢了怎么办呢？因而到了要报个平安。
19、如果过一段时间还是没到，发送端的 TCP 层会重新发送这个包，还是上面的过程，直到有一天收到平安到达的回复。这个重试绝非你的浏览器重新将下单这个动作重新请求一次。对于浏览器来讲，就发送了一次下单请求，TCP 层不断自己闷头重试。除非 TCP 这一层出了问 题，例如连接断了，才轮到浏览器的应用层重新发送下单请求。
20、当网络包平安到达 TCP 层之后，TCP 头中有目标端口号，通过这个端口号，可以找到电商网站的进程正在监听这个端口号，假设一个 Tomcat，将这个包发给电商网站。
21、电商网站的进程得到 HTTP 请求的内容，知道了要买东西，买多少。往往一个电商网站最初接待请求的这个 Tomcat 只是个接待员，负责统筹处理这个请求，而不是所有的事情都自己做。例如，这个接待员要告诉专门管理订单的进程，登记要买某个商品，买多少，要告诉管理库存的进程，库存要减少多少，要告诉支付的进程，应该付多少钱，等等。
22、如果告诉相关的进程呢？往往通过 RPC 调用，即远程过程调用的方式来实现。远程过程调用就是当告诉管理订单进程的时候，接待员不用关心中间的网络互连问题，会由 RPC 框架统一处理。RPC 框架有很多种，有基于 HTTP 协议放在 HTTP 的报文里面的，有直接封装在 TCP 报文里面的。
23、当接待员发现相应的部门都处理完毕，就回复一个 HTTPS 的包，告知下单成功。这个HTTPS的包，会像来的时候一样，经过千难万险到达你的个人电脑，最终进入浏览器，显示支付成功。
四、小结
一个简单的下单过程，中间会涉及到这么多协议。而管理一大片机器，更是一件特别有技术含量的事情。像云计算、容器、为服务等技术也需要借助各种协议来达成大规模机器之间的合作。在五层模型中常见的协议如下：
