互联网是由一个个电脑节点组成的网络，那么两个节点之间是如何进行数据通信的了？先来看一看一个最简单的通信模型：发送者通过一个媒介想一个接收者发送消息，同时接收者也可以向发送者发送消息。
这种通信模型与平时生活中的日常会话很是相似。A想与B交流，首先A与B要讲同样的方言，如果一个人讲湖南方言，而一个人讲粤语，则沟通无法进行, 除非请一个懂两种方言的翻译或者沟通双发统一使用某一种语言。抽象的来看，通信一般涉及到如下几个要素：
- 两个需要通信的节点（地址）；
- 通信的数据交换协议（协议）;
- 节点之间的物理连接（媒介）；
缺乏任何其中一个要素通信都不会发生。比如，身在天津的小明A要给远在北京的小芳B发送一封信，这虽然是最常见的通信方式，也要具备通信的三个要素才能顺利进行：小明与小芳就是两个通信节点，小明需要知道小芳的地址才能向她写信，而小芳如果要回信，也需要知道小明的地址；语言文字就是通信得以进行的信息交换协议了，国家的邮政系统与信纸就是通信的媒介。
同样，对于互联网中的任何两个节点，想要进行通信的话，也需要满足这三个要素。互联网的物理媒介可能是普通的网线，可能是电话线，也可能是光纤。在这篇文章里，我们重点关注通信中节点的寻址与数据交换协议TCP/IP协议族。首先，就来看一看，两个节点之间的通信模式有哪些？
通信模式
这里所谓的通信模式是指节点通信的通道是怎样的。对于网络中节点之间的通信通道，通常有三种模式，分别是单工(simplex),半双工(half duplex)以及全双工(duplex)。这三种通道之间的区别在于节点之间数据传输的方向与时间：
- 单工： 只存在单向通道，始终只能再一个方向上发送数据，常见的比如电视、音频广播电台；
- 半双工： 同时存在两个通道，每个通道都可以进行数据传输，但不能同时进行通信；
- 全双工： 同时存在两个通道，并且两个通道可同时交换数据，最常见的就是电话系统。
对于互联网中的通信一般都是全双工的，即可在上行与下行通道同时传输数据。接下来就来看一看，互联网之间的节点是如何进行寻址的，即节点A如何知道节点B的地址？
寻址
网络中的一个节点可以由两个地址来唯一的标识： 一个是网络接口卡（网卡）的物理地址(也叫MAC地址)，一个是IP地址。网卡的物理地址通常是由网卡制造商确定的，而IP地址则是IP(Internet Protocol)协议对应的一个地址，是由一个叫做IANA(Internet Assigned Numbers Authority)的机构管理的。对于IPv4来说，IP地址的长度是32位（4个字节），而IPv6的地址则达到了128位（16个字节）。
IP地址
在互联网协议发展早期，一般将IP地址划分为两个部分：网络号和主机号。同时，为了区分不同用途的IP地址，IP地址的前3位用来区分IP地址的类，共有五类IP地址：
由上，A类地址范围为：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255；B类地址范围为: 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255;C类地址范围为: 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255。以此类推。
如果按照接收端主机来看，可以将IP地址分为三类：单播地址（接收者为单个主机）、广播地址（接收端为给定网络上的所有主机）以及多播地址（接收端为同一组内的所有主机）。如果根据IP地址的用途划分, 有可以分成公有地址与私有地址, 私有地址一般用于局域网的通信, 常见的私有地址范围如下表所示(具体可以参考RFC1918):
对于IPv4主机，由于存在网络号与主机号，因而在寻址与路由时需要作出区分，这就需要用到子网掩码了（subnet mask):通过子网掩码，给定一个IP地址，就可以知道该IP地址的子网号以及主机号了。譬如，在配置网络环境时，就常常会用到子网掩码：
举个例子，来看一看子网掩码是如何工作的。我们有一个IP地址： 192.168.5.130，同时，我们知道子网掩码为255.255.255.0，转换成对应的二进制：
| 二进制 | 十进制 | |
|---|---|---|
| IP地址 | 11000000.10101000.00000101.10000010 |
192.168.5.130 |
| 子网掩码 | 11111111.11111111.11111111.00000000 |
255.255.255.0 |
| 子网号 | 11000000.10101000.00000101.00000000 |
192.168.5.0 |
| 主机号 | 00000000.00000000.00000000.10000010 |
0.0.0.130 |
就是说，子网号是IP地址二进制与子网掩码二进制位与的结果，而主机号则是IP地址与子网掩码取反后位与的结果。这样就可以通过子网掩码来对子网内的主机进行寻址了。
在上面讲到了网络节点有物理地址与IP地址，那么，是否可能通过节点的物理地址知道它的IP地址了，或者反过来通过IP地址知道它的物理地址？答案是可以的。在TCP/IP协议族中有一个地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol)就是用于将IP地址转化成物理地址的，而逆地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol)则是用于将物理地址转化为IP地址。
如今，RARP协议已经被更为灵活易用的DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)协议替代。对于内网或者区域性的网络，DHCP通过管理IP地址池来实现动态的分配IP地址，每当有节点接入网络时，DHCP就会为其动态的分配一个IP地址。
关于DHCP可参考: https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Host_Configuration_Protocol
域名系统
如果单纯依靠IP地址来识别网络上的节点的话，对于用户上网来说是很麻烦的事情。访问WEB服务器时，用户需要记忆一大堆IP地址，这无疑是件痛苦的事情。因此，人们想到用域名(Domain Name)来查找网络上的节点，比如，要使用Google搜索，只需要在浏览器中输入www.google.com而不是一串IP地址就可以了。但是实际的网络访问还是需要通过IP地址，这就需要将域名转化成相应的IP地址。这就是域名系统(DNS, Domain Name System)需要做的事情。
可以把域名系统看做是一个层次化的分布式数据库，通过域名服务器可以查看到对应域名的IP地址。域名有根域名、顶级域名以及二级域名之分,根域名下面分了很多顶级域名，而顶级域名下面则又分成很多二级域名，这样就组成了一个层级的结构：
比如网络地址www.google.com中
.com就是一个顶级域名；.google是一个二级域名；www则表示访问的是一个WEB服务器；
那么，在通过域名访问网络时，发送节点究竟是如何通过DNS来查找IP地址的了？这里用一个实际的例子来说明域名解析的过程。比如，现在需要访问www.wikipedia.org这个网站，首先会查找根域名服务器，根域名服务器会返回一个顶级域名服务器.org的IP地址；接着，通过该顶级域名服务器IP地址，继续查询,顶级域名服务器则返回一个二级域名.wikipedia的IP地址,这样根据这个IP地址，就可以顺利访问维基百科这个WEB服务了。
还有一个问题，需要访问网络的节点是如何知道根域名服务器的IP地址的？事实上，这些根域名服务器的IP地址是内置在电脑系统中的，这样通过事先预定的“根提示文件”(root hints file)就可以发起域名解析了。目前，在全球，共有13个根域名服务器，可以在 IANA 官网中查看这些根域名服务器的具体信息。
协议分层
TCP/IP协议族是一个不同层次上多个协议的组合，每一个层都负责不一样的通信功能。实际使用的是一个五层的协议族：
- 链路层： 也被称为数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动和计算机中对应的网卡。链路层主要处理与物理接口相关的细节，接受来自网络端的数据或者发送数据到上层；
- 网络层： 有时也称为互联网层，处理分组在网络中的活动以及主机的寻址与识别，例如分组的选路。网络层协议主要包括了IP协议（网际协议）、ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制报文协议)以及IGMP(Internet Group Management Protocol,Internet组管理协议）。
- 运输层： 为两台主机上的应用程序提供端到端的通信，有两个不相同的传输协议：TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)。TCP为两台主机提供了高可靠性的数据通信，它所做的工作主要有（1）将应用层传过来的数据分成合适的小块发到网络层，确认接收到分组后，设置发送最后确认分组的超时时钟等；UDP则简单的多，它只是把数据报(Datagram)的分组发给另外一台主机，但不能确保数据报能到达另一端。
- 应用层处理特定应用程序细节。一般会提供如下几种应用程序:
- Telnet 远程登录；
- FTP 文件传输协议；
- SMTP 简单邮件传送协议；
- SNMP 简单网络管理系统