TCP / IP 网络分层模型

  • 链接层

    负责在以太网，WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址标记网络上的设备，也叫作 MAC 层

  • 网际层

    IP协议处在这一层，使用 IP 地址取代 MAC 地址，把局域网，广域网连接成一个虚拟的巨大网络，在这个网络里找设备时只要把 IP 地址翻译成 MAC 地址就可以了

  • 传输层

    这个层次的职责是保证数据在两点之间可靠地传输，包含 TCP协议 以及 UDP协议。

  • 应用层

    有各种面向具体应用的协议，例如 telnet，ssh，ftp，http等

MAC 层的传输单位是 帧（frame），IP 层的传输单位是 包（packet），TCP 层的传输单位是 段（segment），HTTP 的传输单位是 消息或报文（message）。但这些名词没有本质区分，可以统称为数据包

OSI 网络分层模型

TCP / IP 发明于 1970 年代，当时除了它还有很多其他网络协议，国际标准组织（ISO）想要来个 “大一统”，于是设计出一个新的网络分层模型 OSI（开放式系统互联通信参考模型）

OSI 模型分为七层，从下到上分别是：

  • 物理层，网络的物理形式，例如电缆，光纤，网卡，集线器等
  • 数据链路层，相当于 TCP / IP 的链路层
  • 网络层，相当于 TCP / IP 的网际层
  • 传输层，相当于 TCP / IP 的网际层
  • 会话层，维护网络中连接状态，保持会话和同步
  • 表示层，把数据转换为合适，可理解的语法和语义
  • 应用层，面向具体的应用传输数据

不过 TCP / IP 协议已经在许多网络上实际运行，在推翻重来是不可能的。所以，OSI 分层模型在发布的时候就明确表明是一个 参考，不是强制执行

但 OSI 模型也是有优点的，TCP / IP 是一个纯软件的栈，没有网络最根基的电缆，网卡等物理设备的位置，OSI 补足了这个缺失。

还有一个形式上的优点， TCP / IP 的层次只有名字没有编号，OSI 为每一层标记了明确的编号，最底层是一层，最上层是七层

两个分层模型的映射关系

  • 第一层：物理层，TCP/IP 里无对应

  • 第二层：数据链路层，对应 TCP/IP 的链接层

  • 第三层：网络层，对应 TCP/IP 的网际层

  • 第四层：传输层，对应 TCP/IP 的传输层

  • 第五，六，七层：统一对应到 TCP/IP 的应用层

多余的一，五，六层就这样消失了，但这也有一定的实际原因，OSI 的分层模型在四层以上分的太细，而 TCP/IP 实际应用时的会话管理，编码转换，压缩等和具体应用经常联系的很紧密，很难分开。

TCP/IP 协议栈的工作方式

可以把 HTTP 利用 TCP/IP 协议栈传输数据想象成一个发快递的过程。

假设你想把一件玩具送给朋友，但你要先拿个塑料袋套一下，这件玩具就相当于 HTTP 协议里要传输的数据，比如 HTML，然后 HTTP 协议为它加一个 HTTP 专用附加数据。

你把玩具交给快递小哥，为了保护货物，他又加了层包装再贴了个标签，相当于在 TCP 层给数据再次打包，加上了 TCP 头

接着快递小哥下楼，把包裹放进了三轮车力，运到集散点，然后再装进更大的卡车里，相当于在 IP 层，MAC层对 TCP 数据加上了 IP 头，MAC 头

之后经过漫长的运输，包裹到达目的地，要卸货再放进另一位快递员的三轮车，就是在 IP层，MAC 层传输后拆包

快递员到了你朋友的家门口，撕掉标签，去除了 TCP 层的头，你朋友再拆掉塑料袋标桩，也就是 HTTP 头，最后就拿到了玩具，也就是真正的 HTTP 页面

HTTP 协议的传输过程就是这样通过协议栈逐层向下，每一层都添加本层的专有数据，层层打包，然后通过下层发送出去

接受数据则是相反的操作，从下往上传过协议栈，逐层解包，每层去掉本层的专有头，上层就会拿到自己的数据

下层的传输数据对于上层是完全透明的，上层也不需要关心下层的具体实现细节，所以就 HTTP 层次来看，它不管下层是不是 TCP/IP 协议，看到的只是一个可靠的传输链路，只要把数据加上自己的头，对方就能原样收到