跟踪数据包穿过协议栈

为了具体说明各层的工作方式，让我们跟踪一条消息从一台计算机传到另一台计算机的过程。我们将观察数据如何沿发送方协议栈向下移动，穿过网络，再沿接收方协议栈向上移动。完整地了解这一过程，可以把封装、寻址和路由串联成一个清晰的故事，也能展示每一层如何发挥自己的作用。

过程始于发送计算机上的应用层。例如，浏览器生成一个请求网页的请求。这个原始请求就是最初的数据，此时还没有任何网络首部。应用层将其向下交给传输层，开始传输。从这里开始，每一层都会在数据向下接近网络的过程中对其进行封装。

传输层会添加包含端口号的首部，使数据到达正确的服务；使用 TCP 时，还会添加用于保证可靠性的序列号。此时数据成为一个段。如果需要，传输层还会将较大的数据拆分成多个段。随后，每个段都会向下传递到互联网层进行寻址。

互联网层会用包含源和目的IP 地址的IP 首部封装这个段，形成一个数据包。这些 IP 地址从始至终保持不变，用于标识最初的发送方和最终的接收方。现在，无论中间经过多少个网络，数据包都知道最终必须到达哪台设备。

链路层会将数据包封装进一个帧，其中包含本地网络上下一台设备的MAC 地址，以及错误检查尾部。帧会被转换成信号，并通过传输介质发送出去。请注意，目的 MAC 只是下一跳设备的 MAC，而不是最终设备的 MAC；这是整个传输过程中的一个关键细节。

如果目的地位于另一个网络，帧会先发送到路由器（默认网关）。路由器接收帧并将其拆除，读取数据包中的IP 地址，然后决定下一步将其转发到哪里。接着，路由器会使用下一跳的新目的 MAC 地址构建一个新帧。数据包得以保留，而帧则被重新构建。

沿路径经过的每个路由器都会重复这一过程。在每一跳，帧都会针对本地链路使用新的 MAC 地址重新构建，而数据包及其中的 IP 地址保持不变。因此，链路层的包装会不断变化，但网络层的寻址是端到端的。数据包会从一个路由器传到另一个路由器，直到到达目的网络。

当数据包到达最终网络后，最后一台设备会将帧交付给目的计算机。此时解封装开始。接收方让数据沿协议栈向上移动，每一层都会读取并移除自己的首部。发送方一路向下的过程，与接收方一路向上的过程相互对应。

链路层检查帧是否有错误，并将其拆除以露出数据包。互联网层确认目的 IP，并移除 IP 首部。传输层读取端口；如有需要，还会重新排序并重组各个段，然后将完整的数据交给上层。每一层都会准确地执行发送方对应层所做操作的逆操作。

最后，接收方的应用层会获得原始数据，也就是发送方创建的网页请求，内容完全一致。接收服务会对其进行处理，并发送一个响应，响应也会以相反的方向完成同样的过程。消息已经穿过网络，而对于两个应用来说，这看起来就像它们进行了直接通信。

一条消息会沿发送方协议栈向下移动，依次获得传输层首部（形成段）、IP 首部（形成数据包）和链路层首部（形成帧）。它会穿过多个路由器，在每一跳重新构建帧，而数据包保持不变；随后，消息沿接收方协议栈向上移动，各个首部依次被移除。这条向下—跨网络—向上的路径，就是每次网络通信实际发生的方式。

数据包穿过路由器时，什么保持不变，什么会在每一跳发生变化？

跟踪数据包时：在发送方，数据向下移动，依次成为段（端口）、数据包（端到端的IP 地址）和帧（下一跳的MAC）。在每个路由器处，帧都会使用新的 MAC 地址重新构建，而数据包和 IP 地址保持不变。在目的地，数据向上移动，各层依次移除自己的首部，最终将原始消息交给应用层。向下、跨网络、向上。