网络结构

OSI 七层模型结构

OSI七层模型架构

1. 物理层 (Physical Layer)

功能： 传输原始的比特流（0 和 1）。它涉及电缆、接口针脚、电压等硬件物理特性。
设备： 网卡、集线器（Hub）、中继器。
关键词： 比特（Bit）。

2. 数据链路层 (Data Link Layer)

功能： 建立逻辑连接，进行硬件地址（MAC）寻址，并提供差错检测。它负责将比特组装成“帧”。
设备： 二层交换机、网桥。
关键词： 帧（Frame）、MAC 地址。

3. 网络层 (Network Layer)

功能： 负责数据包从源到目的地的路由选择（决定走哪条路）和逻辑寻址（IP 地址）。
设备： 路由器、三层交换机。
协议： IP、ICMP、ARP。
关键词： 包（Packet）、IP 地址。

4. 传输层 (Transport Layer)

功能： 负责端到端（进程到进程）的通信。它处理数据的分段、重组以及错误恢复。
协议： TCP（可靠传输）、UDP（快速传输）。
关键词： 段（Segment）。

5. 会话层 (Session Layer)

功能： 建立、管理和终止应用程序之间的会话连接。它负责管理数据交换的“对话”。
例子： 断点续传的校验点管理。

6. 表示层 (Presentation Layer)

功能： 数据的“翻译官”。负责数据的格式化、加密/解密、压缩/解压，确保发送方和接收方能理解数据。
例子： JPEG 图片编码、SSL/TLS 加密、ASCII 转换。

7. 应用层 (Application Layer)

功能： 直接面向用户的界面，为应用程序提供网络服务。
协议： HTTP、SSH、DNS、FTP、SMTP。

TCP/IP四层模型

1. 应用层 (Application Layer)

这是最靠近用户的一层。它直接处理应用程序的逻辑，不再细分表示层和会话层，而是将数据格式化、加密和会话管理全部集成在这里。

功能： 定义应用进程间通信的规则。
核心协议： HTTP（网页）、DNS（域名解析）、SSH（远程登录）、FTP（文件传输）、MQTT（物联网）。

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）：基于 TCP 协议，是一种用于传输超文本和多媒体内容的协议，主要是为 Web 浏览器与 Web 服务器之间的通信而设计的。当我们使用浏览器浏览网页的时候，我们网页就是通过 HTTP 请求进行加载的。
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件发送协议）：基于 TCP 协议，是一种用于发送电子邮件的协议。注意 ⚠️：SMTP 协议只负责邮件的发送，而不是接收。要从邮件服务器接收邮件，需要使用 POP3 或 IMAP 协议。
POP3/IMAP（邮件接收协议）：基于 TCP 协议，两者都是负责邮件接收的协议。IMAP 协议是比 POP3 更新的协议，它在功能和性能上都更加强大。IMAP 支持邮件搜索、标记、分类、归档等高级功能，而且可以在多个设备之间同步邮件状态。几乎所有现代电子邮件客户端和服务器都支持 IMAP。
FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议） : 基于 TCP 协议，是一种用于在计算机之间传输文件的协议，可以屏蔽操作系统和文件存储方式。注意 ⚠️：FTP 是一种不安全的协议，因为它在传输过程中不会对数据进行加密。建议在传输敏感数据时使用更安全的协议，如 SFTP。
Telnet（远程登陆协议）：基于 TCP 协议，用于通过一个终端登陆到其他服务器。Telnet 协议的最大缺点之一是所有数据（包括用户名和密码）均以明文形式发送，这有潜在的安全风险。这就是为什么如今很少使用 Telnet，而是使用一种称为 SSH 的非常安全的网络传输协议的主要原因。
SSH（Secure Shell Protocol，安全的网络传输协议）：基于 TCP 协议，通过加密和认证机制实现安全的访问和文件传输等业务
RTP（Real-time Transport Protocol，实时传输协议）：通常基于 UDP 协议，但也支持 TCP 协议。它提供了端到端的实时传输数据的功能，但不包含资源预留存、不保证实时传输质量，这些功能由 WebRTC 实现。
DNS（Domain Name System，域名管理系统）: 通常基于 UDP 协议（端口 53），用于解决域名和 IP 地址的映射问题。当响应数据过大或进行区域传送时会改用 TCP。

2. 传输层 (Transport Layer)

负责为主机上的应用程序提供端到端（End-to-End）的通信服务。

功能： 数据的分段、组装、差错控制和流量控制。
核心协议：
- TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：提供 面向连接 的，可靠的数据传输服务。
- UDP（User Datagram Protocol，用户数据协议）：提供 无连接 的，尽最大努力 的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），简单高效。

3. 网络层 (Internet Layer)

也叫网际层。它解决了数据包在复杂的网络中如何“寻找路径”的问题。

功能： 逻辑寻址（IP 地址）和路由选择（确定最优传输路径）。
核心协议： IP (IPv4/IPv6)、ICMP (用于 ping 命令)、ARP (IP 转 MAC)。

IP（Internet Protocol，网际协议）：TCP/IP 协议中最重要的协议之一，主要作用是定义数据包的格式、对数据包进行路由和寻址，以便它们可以跨网络传播并到达正确的目的地。目前 IP 协议主要分为两种，一种是过去的 IPv4，另一种是较新的 IPv6，目前这两种协议都在使用，但后者已经被提议来取代前者。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：ARP 协议解决的是网络层地址和链路层地址之间的转换问题。因为一个 IP 数据报在物理上传输的过程中，总是需要知道下一跳（物理上的下一个目的地）该去往何处，但 IP 地址属于逻辑地址，而 MAC 地址才是物理地址，ARP 协议解决了 IP 地址转 MAC 地址的一些问题。
ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制报文协议）：一种用于传输网络状态和错误消息的协议，常用于网络诊断和故障排除。例如，Ping 工具就使用了 ICMP 协议来测试网络连通性。
NAT（Network Address Translation，网络地址转换协议）：NAT 协议的应用场景如同它的名称——网络地址转换，应用于内部网到外部网的地址转换过程中。具体地说，在一个小的子网（局域网，LAN）内，各主机使用的是同一个 LAN 下的 IP 地址，但在该 LAN 以外，在广域网（WAN）中，需要一个统一的 IP 地址来标识该 LAN 在整个 Internet 上的位置。
OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先） ）：一种内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP），也是广泛使用的一种动态路由协议，基于链路状态算法，考虑了链路的带宽、延迟等因素来选择最佳路径。
RIP(Routing Information Protocol，路由信息协议）：一种内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP），也是一种动态路由协议，基于距离向量算法，使用固定的跳数作为度量标准，选择跳数最少的路径作为最佳路径。
BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）：一种用来在路由选择域之间交换网络层可达性信息（Network Layer Reachability Information，NLRI）的路由选择协议，具有高度的灵活性和可扩展性。

4. 网络接口层 (Network Interface Layer)

有时也被拆分为数据链路层和物理层。它负责将数据在物理介质（如网线、光纤、WiFi）上进行实际传输。

功能： 将 IP 数据包封装成帧（Frame），并在物理媒介上传输比特流。
物理形式： 以太网 (Ethernet)、WiFi、光纤、各种硬件驱动。

数据封装过程 (Encapsulation)

当在博客中插入一张图片并保存时，数据在网络中是这样“穿衣服”的：

应用层： 图片数据被加上 HTTP 报头。
传输层： 加上 TCP 报头（包含源端口和目的端口）。
网络层： 加上 IP 报头（包含源 IP 和目的 IP）。
网络接口层： 加上 帧头/帧尾（包含 MAC 地址）。

到达目的地后，接收方会逐层“脱衣服”（解封装），最后取出图片数据。

声明

声明：该文章部分笔记和图片来自javaguide.cn，AK‘s Tech Studio - YouTube

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