报头和有效载荷

数据包由两部分组成，就像带有标签的包裹。

• 有效载荷是实际携带的数据，例如照片的一小部分。
• 报头是标签：谁发送的、发往哪里以及它在序列中的编号。

路由器读取报头来决定将数据包发往何处。它们完全不需要查看有效载荷。报头通常包含以下字段：

• 源地址：数据包的来源。
• 目的地址：数据包的去向。
• 序列号：这是消息中的哪一部分（由 TCP 添加，世界 5）。
• 生存时间 (TTL)：一个计数器，防止丢失的数据包永远徘徊（世界 2）。
• 校验和：用于检测损坏的小数字（下一课）。

分层与封装。 发送数据的过程被拆分成不同的任务，每个任务由一个层来完成。简单的 TCP/IP 模型包含四层，从上到下依次是：

• 应用层：程序自身的语言，例如用于 Web 的 HTTP 或用于域名的 DNS。
• 传输层：将数据拆分并跟踪其状态，使用 TCP 或 UDP，并通过端口号指明数据属于哪个程序。
• 互联网层：为数据包分配地址，并在网络间进行路由。这就是 IP（互联网协议）。
• 链路层：将数据包传输到下一跳，通过 Wi-Fi 或以太网线缆。

当数据向下经过各层时，每一层都会添加自己的头部，就像把信装进信封，再把信封装进盒子，最后把盒子装进邮袋。这被称为封装。接收方会按相反的顺序逐层解开。这就是为什么一个数据包会同时携带端口号、IP 地址和硬件地址。

数据包上的地址：IP。 一个 IPv4 地址是 32 位，写成四个 0 到 255 之间的数字，用点分隔，例如 192.0.2.42。每个数字存储在 8 位（一个字节）中。32 位共有 2³² = 4,294,967,296 个可能的地址，约 43 亿个。这在 20 世纪 80 年代听起来绰绰有余，但对于世界上每一部手机、笔记本电脑和传感器来说，这远远不够。

有两样东西来救场：

• IPv6 使用 128 位，提供约 3.4 × 10³⁸ 个地址。其地址用十六进制和冒号表示，例如 2001:db8::42，零可以用双冒号缩写。
• 私有地址和 NAT。 某些地址范围保留给家庭或公司内部使用，永远不会通过互联网发送：10.0.0.0 到 10.255.255.255，172.16.0.0 到 172.31.255.255 以及 192.168.0.0 到 192.168.255.255。你的路由器通过一种称为 NAT（网络地址转换）的技巧，让所有设备共享一个公网地址。这就是为什么数百万家庭可以同时使用 192.168.1.x。

两种地址。 设备还有一个 MAC 地址，这是一个由六对十六进制数组成的数字，例如 00:1A:2B:3C:4D:5E，用于标识其网络硬件。记住两者区别的好方法是：IP 地址说明设备当前在网络中的位置，而 MAC 地址说明它是哪一块硬件。IP 负责让数据包穿越互联网；MAC 地址用于本地网络中的最后一跳。端口又是另一回事：它是 0 到 65,535 之间的一个数字，说明数据是给设备上哪个程序的。你将在世界 5 中遇到端口。

综合来看：数据包的旅程是一系列跳数。在每一跳中，链路层使用该跳的硬件地址，而 IP 地址从始至终保持不变。