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常见网络协议一览：IP、TCP、UDP、DNS、HTTP、TLS、QUIC
一篇讲清上网最常用的七个协议：各自在哪一层、负责什么，配三张时序图——TCP 连接的一生、DNS 如何逐级查询、QUIC 为什么比 TCP + TLS 快。
网络原理系列：① 打开一个网页时发生了什么 → ② 网络分层模型 → ③ 常见网络协议 → ④ 代理是什么 → ⑤ 加密隧道是什么 → ⑥ 加密隧道与代理的区别 → ⑦ HTTPS 加密了什么 → ⑧ 系统代理与 TUN 模式 → ⑨ 分流是什么 → ⑩ DNS 污染与泄漏 → ⑪ 晚高峰为什么变慢 → ⑫ 延迟、丢包与带宽
协议就是通信双方事先约定好的「规矩」：消息长什么样、先说什么后说什么、出了错怎么办。上网最常打交道的有七个：IP 负责把数据送到正确的设备，TCP 和 UDP 负责交给正确的程序（一个可靠、一个快），DNS 把域名翻译成 IP，HTTP 用来取网页，TLS 负责加密，QUIC 则是把传输和加密合在一起的新一代协议。本文逐个介绍，并用三张时序图展示它们实际是怎么一步步工作的。
- ① TCP：编号每段数据带序号，按顺序送达
- ② TCP：签收接收方回复确认（ACK）
- ③ TCP：重传丢了的数据段会重新发送
- ④ UDP：只管发不握手、不等确认，延迟更低
- ⑤ UDP：丢了就丢了不重传，适合视频通话、游戏
一张表看懂
| 协议 | 所在层（TCP/IP） | 负责什么 | 一句话比喻 |
|---|---|---|---|
| IP | 网络层 | 给设备编地址，把数据包一站站转发到目的地 | 门牌号 + 快递分拣 |
| TCP | 传输层 | 可靠、按顺序地传输，丢了会重传 | 挂号信，每件都要签收 |
| UDP | 传输层 | 只管发，不保证送达和顺序，延迟低 | 撒传单 |
| DNS | 应用层 | 把域名翻译成 IP 地址 | 电话簿 |
| HTTP / HTTPS | 应用层 | 浏览器和网站之间请求、返回网页 | 点菜和上菜 |
| TLS | 应用层（TCP 之上） | 加密传输内容，并验证网站身份 | 装进上锁的信封 |
| QUIC | 传输层（基于 UDP） | 自带加密的可靠传输，HTTP/3 的基础 | 更快的挂号信 |
IP：给每台设备一个地址
IP（Internet Protocol） 是整个互联网的地基。每个数据包都带着源 IP 地址和目标 IP 地址，沿途的路由器只看目标地址，一站一站往前转发，直到送达。
- IPv4：32 位，写成四段十进制数字，总共约 43 亿个地址，早在多年前就分配完了；
- IPv6：128 位，写成八组十六进制数字，地址多到几乎用不完，正在逐步普及；
- 私有地址与 NAT：家里的手机、电脑用的是只在局域网内有效的私有地址（常见的如以 192.168 开头的地址），出门上网时由路由器统一换成运营商分配的公网地址，这个过程叫 NAT（网络地址转换）。
IP 只负责「尽力送到」，不保证一定送到、也不保证顺序。这些问题交给上一层去解决。
TCP 与 UDP：可靠和速度二选一
传输层有两个主角，它们都用端口号区分同一台设备上的不同程序，但性格完全不同：
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| 连接 | 先握手建立连接 | 不需要，直接发 |
| 可靠性 | 每个数据段编号、对方确认，丢了重传 | 不确认、不重传，丢了就丢了 |
| 顺序 | 保证按发送顺序交给程序 | 不保证 |
| 速度 | 握手和等待确认会带来额外延迟 | 开销小、延迟低 |
| 典型用途 | 网页、文件下载、邮件 | 视频通话、在线游戏、直播、DNS 查询 |
TCP 的可靠是怎么做到的？看一条 TCP 连接从建立到关闭的全过程：
| 阶段 | 步骤 | 在做什么 |
|---|---|---|
| 三次握手 | ①–③ | 双方确认彼此都能收发，并交换各自的起始序号 |
| 传输数据 | ④–⑤ | 每段数据都有编号；接收方回复 ACK，告诉对方「这个编号之前的我都收到了」 |
| 丢包重传 | ⑥–⑨ | 数据段 2 在路上丢了，发送方一直等不到它的确认，超时后自动重传；收到后接收方再确认 |
| 四次挥手 | ⑩–⑬ | 双方各自说「我发完了」并得到对方确认，连接才彻底关闭。之所以是四次而不是三次，是因为一方发完时，另一方可能还有数据没发完 |
这套机制让 TCP 非常可靠，但代价是：一旦丢包，后面的数据都要等它重传完才能交给程序，网络质量差时就会明显卡顿。
DNS：把域名翻译成 IP 地址
DNS 是一个分布在全世界的「分级电话簿」，没有哪一台服务器知道所有域名的 IP，而是按层级分工：
- 根服务器：知道
.com、.org、.cn等顶级域归谁管； - 顶级域服务器：例如
.com的服务器，知道example.com归哪台服务器管； - 权威服务器：由域名的主人设置，掌握这个域名真正的 IP 地址。
你的设备并不会自己挨个去问，而是把问题交给一台递归 DNS 服务器（通常是运营商或路由器提供的），由它代劳：
| 步骤 | 在做什么 |
|---|---|
| ① | 你的设备向递归 DNS 发出一次查询，然后等结果 |
| ② | 递归 DNS 先查自己的缓存；有就直接跳到 ⑩，没有才往下问 |
| ③–④ | 问根服务器，根服务器不知道具体答案，但告诉它「去问 .com 的服务器」 |
| ⑤–⑥ | 问 .com 服务器，得到「去问 example.com 的权威服务器」 |
| ⑦–⑧ | 问权威服务器，拿到真正的 IP 地址 |
| ⑨ | 按网站设置的 TTL（存活时间）把结果缓存起来，之后别人再问就不用重新查 |
| ⑩ | 把 IP 地址返回给你的设备 |
DNS 查询默认用 UDP、不加密，所以沿途的网络能看到你查了哪些域名，甚至可能返回错误的结果。这也是加密 DNS（DoH、DoT）出现的原因。
HTTP / HTTPS：取网页用的协议
HTTP 规定了浏览器怎么「点菜」、网站怎么「上菜」：请求里写明方法（GET 取、POST 提交）和地址，响应里带上状态码和内容。HTTPS 就是「HTTP + TLS」，在加密的通道里跑 HTTP。
| 版本 | 跑在什么上面 | 主要改进 |
|---|---|---|
| HTTP/1.1 | TCP | 一条连接同一时间只能处理一个请求，网页资源多时要排队或开多条连接 |
| HTTP/2 | TCP | 一条连接里可以同时传多个请求（多路复用），报头压缩 |
| HTTP/3 | QUIC（UDP） | 解决 TCP 丢包时「一个卡住全部等」的问题，连接建立更快 |
TLS：给通信加密，并证明「你是你」
TLS 位于 TCP 之上、HTTP 之下，做两件事：
- 身份验证：网站出示由可信机构签发的证书，浏览器核对证书上的域名、有效期和签名，防止你连到冒充的网站；
- 加密：双方通过密钥交换算出一把只有彼此知道的会话密钥，之后的内容都用它加密。
TLS 握手的每一步在 打开一个网页时发生了什么 里有完整的时序图，这里不再重复。
QUIC：把传输和加密合二为一
QUIC 最初由 Google 设计，现在是 HTTP/3 的基础。它跑在 UDP 之上，自己实现了可靠传输，并且把 TLS 1.3 直接内置进来。最直观的好处是建立连接更快：
| 发出第一个 HTTP 请求之前 | 原因 | |
|---|---|---|
| TCP + TLS 1.3 | 需要 2 次往返（①–④） | 先做 TCP 三次握手，再做 TLS 握手，两件事前后排队 |
| QUIC | 只需要 1 次往返（⑥–⑦） | 连接和加密的握手合并在同一组消息里完成 |
在延迟 200 毫秒的跨境线路上，少一次往返就是少等 0.2 秒。QUIC 还有两个优点：
- 一个请求丢包不会卡住其他请求：每个请求在 QUIC 里是独立的「流」，不像 TCP 那样一个丢包所有数据都得等；
- 换网络不断线：手机从 Wi-Fi 切到移动数据，IP 地址变了，TCP 连接会断开，而 QUIC 用连接 ID 识别连接，可以无缝接上。
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常见问题
打游戏、视频通话为什么多用 UDP？
这些场景更怕「慢」而不是「丢」。TCP 遇到丢包会停下来等重传，画面和声音就会卡住；UDP 不等，丢了一两个包最多是一瞬间的画质下降或杂音，整体更流畅。
IPv6 和 IPv4 有什么区别？
最主要的区别是地址长度：IPv4 是 32 位，总共约 43 亿个地址，早已不够用；IPv6 是 128 位，地址数量几乎用不完。现在两者并存，很多网络同时支持。
网站用了 HTTP/3，我需要做什么吗？
不需要。主流浏览器会自动和支持 HTTP/3 的网站协商使用，不支持时自动退回 HTTP/2 或 HTTP/1.1。