我们知道应用层的PDU是报文，最后变成物理层的比特流来传播，那么一个协议的报文格式同这个报文本身是什么关系？理解一个协议的报文格式有什么作用？简而言之，数据的发送方每层(从高层向底层下沉过程)做原始数据的封装(Encapsulation)、编码(Encode), 数据的接收方每层(从底层向高层上浮过程)做数据的解封装(Decapsulation)、解码(Decode)，最终还原出原始数据，并理解原始数据的真正含义！为了使上文的文字有血有肉，还是以一个小故事做为例子。Alice访问知乎网站(https://www.zhihu.com)假设Alice第一个报文已经层层封装好了，到达网卡发送缓冲区，网卡并不需要理解这个报文是什么，代表什么含义，网卡眼中只是一串0、1组成的二进制位流。网卡需要将二进制流做封装的工作，添加以太网头、添加以太网尾(FCS)。

• 以太网头里的源MAC，代表自己的MAC地址，6个字节。

• 以太网头里的目的MAC，代表接收者的MAC地址，6个字节。

• 以太网头里的Ethetype，代表着封装的是什么协议，这里为 0x0800，代表IP协议，2个字节。

• 以太网尾的FCS，代表着帧校验码，一般为CRC校验算法，4个字节。

网卡还需要将这些0、1二进制流进行编码，什么样电流波形代表0，什么代表1，然后0、1二进制流就变成了在网线里传输的电流波形。为了使得接收方提前做好接收的准备，还需要在发这些波形前，发送8个字节(64个二进制位)的同步信号。帧与帧之间还需要时间间隙(Inter-Frame Gap)，以便于接收方识别每一个帧。Okay，将视角切换到接收方，接收方的检测到完整的64位的同步信号，做好了接收的准备。忽略掉64同步位，开始接收第65位开始的信号，并按照解码规范，将其解码成0或者1，并放入接收缓冲区。在此过程中，一旦接收到完整的目的MAC地址，和自己的MAC地址相比较，如果不同，放弃接收过程。如果相同则继续接收。接收过程一直持续到检测到空的的时间间隙(Inter-Frame Gap)，这个帧接收完毕。网卡首先将最末尾的32位(4个字节)提取出来，按照协议规范，这个是FCS校验码，对接收到的帧(FCS除外)计算FCS校验码，看是否与提取出的FCS校验码相同。

• 如果相同，说明帧的是完好的，可以继续处理。

• 如果不同，说明帧出错，丢弃处理。

然后，网卡根据Ethetype = 0x0800，检索是哪个软件模块(回调函数)负责处理这个IP协议，IP模块将缓冲数据取走，并释放缓冲区。IP模块

IP模块就可以这个图片中的格式，对接收到的数据做报文格式合法性检查(Sanity Check)。只要有不合法的字段，丢弃处理。比如检查到TTL= 0，丢弃，还需要给源IP对应的主机发送ICMP出错消息。如果一切正常，IP模块提取出“Source IP”字段并查找路由表，进行路由选择，找到对应的出接口，将IP报文继续下沉到物理出接口(Outgoing Interface)，物理接口按照接口的数据链路层封装类型(Ethernet /HDLC等)，完成封装和编码，步骤雷同。经过N多中继路由器的接力，报文最终到达知乎服务器的IP层。IP层查找路由，发现自己就是真正的接收者，IP层提取出“Protocol”协议字段，假定“Protocol”= 0x06。IP层检索为“Protocol”= 0x06服务的模块为TCP模块。 IP层将IP头完全剥离，并将剥离掉IP头的数据提交给TCP模块处理。TCP模块

TCP模块同样要做报文合法性检查(Sanity Check)以及Checksum的校验工作。如果一切正常，TCP根据提取到的五元组{, , , , }来查找TCP Session ID。

• 如果找到，将报文转交到次Session ID处理

• 如果没有找到，且SYN = 1, 视为新建连接，创建一个新连接

• 如果没有找到，且SYN=0，视为非法链接，发Reset处理。

假设找到Session ID, 该Session ID负责该报文头的读取处理工作，更新滑动窗口，发送确认报文。同时依据“Destination Port”来检索谁为该报文继续处理。这里“Destination Port”= 443， 由TLS协议来处理，TCP剥离掉TCP头，将剩余部分提交给TLS处理。TLS模块如下图所示，TLS依据“Type”字段是“Hand Shake”、“Change_Spec”、“Alert”、“Application”其中之一，可以知道是握手报文、还是应用数据报文。

假设这里“Type” = “Application”，表示这是加密的上层数据，如灰色部分所示。TLS根据TLS Session ID检索出解密的密钥(Session Key)、HMAC Key ，将加密数据加密出来，然后完成数据的完整性校验工作。如果一切正常，解密出明文数据，在明文数据的头部，有一个字段名字叫“Application Protocol”，有HTTP 1.1，HTTP 1.2，SPDY等，TLS检索为该类型负责的模块。假定这里为HTTP 1.2。HTTP模块如下图所示，http也有自己的协议格式，规范每一个字段偏移量的意义，这通常是使用TLV(Type Length Value)来完成。HTTP模块只要将每个字段的信息提取出来，并按照协议规范的意义理解之，并做出响应的动作即可。知乎服务器看到这原来是拉取用户主页的请求，由于请求页面已经嵌入了用户的“Access Token”，完成了用户的身份认证工作，知乎服务器将用户的主页按照HTTP 1.2协议格式组织好，并返回给Alice。数据需要再次从高层下沉到底层，这个过程和上浮过程是逆向的，如果理解了上浮过程，那么这个下沉过程就非常好理解！