網(wǎng)絡(luò)模型

計算機的網(wǎng)絡(luò)模型定義了計算機數(shù)據(jù)的傳輸過程，當(dāng)前有以下 2 種主流模型：

1. 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的一個用于計算機或通信系統(tǒng)間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)體系，一般稱為 OSI 參考模型或七層模型；
2. 工業(yè)生產(chǎn)中實際用到的 TCP/IP 四層模型。這兩者者的關(guān)系就好比，車間里面一個貼在墻上很規(guī)范的流程圖，一個是實際生產(chǎn)中因為成本/便捷/效率等因素最終采用的流程。

但是不管是七層模型還是四層模型，他們實現(xiàn)的目無非是為了解決兩個問題：

1. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成電信號；
2. 目標(biāo)主機的尋址。

1. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成電信號

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號還是比較簡單的，將字符根據(jù)指定的編碼轉(zhuǎn)換成唯一的二進制編碼，然后將二進制的 01 映射成高低電平就可以傳輸出去了。

2. 數(shù)據(jù)的封裝

試想一下，如果你在電腦上使用聊天工具，跟對方說了一句 你好，對方的電腦如果只收到了 你好的電頻信號，是不能直接解析出來信息的。電腦解析電平信號需要解決很多問題：

• 這個電信號我該用什么規(guī)則解析出正確的字符？
• 這信息是誰發(fā)給我的？
• 我的電腦現(xiàn)在運行著微信/ QQ /郵件服務(wù)等，它到底跟哪個應(yīng)用交互的？
• 對方的地址是什么，我要怎么回復(fù)出去？

等等問題很多，所以信息的發(fā)送不止是簡單的電信號轉(zhuǎn)換，還要給我們的數(shù)據(jù)添加額外的很多標(biāo)識，讓對方機器清楚你是誰，哪里來的，跟我這臺電腦的哪個程序交互等信息。網(wǎng)絡(luò)模型就很詳細(xì)的說明了里面具體要處理的事情，這里根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的 ISO 七層模型講解。

3. ISO 七層模型

3.1 應(yīng)用層

為終端應(yīng)用提供的服務(wù)，如我們的瀏覽器交互時候需要用到的 HTTP 協(xié)議，郵件發(fā)送的 SMTP，文件傳輸?shù)?FTP 等。

3.2 表示層

為數(shù)據(jù)提供壓縮，解壓縮，解釋，加密等功能。

3.3 會話層

通過傳輸層，建立了數(shù)據(jù)的傳輸通道。不同應(yīng)用有自己不同的會話標(biāo)識，所以傳輸過來的數(shù)據(jù)根據(jù)會話標(biāo)識能夠知道跟電腦的哪個應(yīng)用在通信的。

3.4 傳輸層

定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和端口，比如是選擇可靠的 TCP 還是不可靠的 UDP。在它上層的會話層是不關(guān)心它選擇什么協(xié)議的，只要傳輸層能夠提供傳輸?shù)姆?wù)就行。傳輸層對于會話層來說是透明的。

3.5 網(wǎng)絡(luò)層

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，每臺設(shè)備都有一個標(biāo)識叫做 IP。數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)的傳輸中都需要告知自己和對應(yīng)的 IP，所以在這一層中主要是將數(shù)據(jù)添加一些網(wǎng)絡(luò)信息，這一層的數(shù)據(jù)叫做包。

3.6 數(shù)據(jù)鏈路層

除了 IP 地址外，每臺設(shè)備也有唯一的一個 MAC 地址。因為 IP 是需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如路由器來解析的，局域網(wǎng)中不需要這種設(shè)備，一般是借助 MAC 地址尋址的。就像出門在外你有一個正式華麗名字，但是回到家里可能大家叫你另一個小名，黑妹 之類。這一層的數(shù)據(jù)叫做幀。

3.7 物理層

一些物理設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，如網(wǎng)卡網(wǎng)線，傳輸速率定義，最終實現(xiàn)將我們的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成電信號傳輸。

4. 路由尋址

01 的電頻信號在物理介質(zhì)的傳輸遠不止上面一條橫線帶過那么簡單，想想如果你跟美國的網(wǎng)友進行通信，信號需要跨洋交互，中間經(jīng)過的設(shè)備數(shù)量，通信距離有多夸張。

4.1 尋址主要設(shè)備

• 路由器：IP 尋址，實現(xiàn)跨網(wǎng)段通信；
• 交換機：MAC 尋址，起到匯聚機器的作用；
• DHCP 服務(wù)器：為局域網(wǎng)的機器動態(tài)分配 IP 地址。
• ……

4.2 尋址過程簡介

1. 本地電腦根據(jù)數(shù)據(jù)包檢查目標(biāo) IP 是不是本地局域網(wǎng)的，是的話直接廣播 MAC 尋址，不是的話傳輸給局域網(wǎng)的出口路由器；
2. 出口路由根據(jù)路由表信息找查自己的下一臺設(shè)備發(fā)送出去；
3. 網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備也同樣檢查自己的路由表信息，決定發(fā)送的下一跳是哪里，直到到達目標(biāo)的路由；
4. 目標(biāo)路由接收，廣播數(shù)據(jù)包的目標(biāo) MAC 地址；
5. 目標(biāo)主機收到廣播包，拆開發(fā)現(xiàn)是自己的，于是數(shù)據(jù)順著網(wǎng)絡(luò)模型往上匯報。

5. 小結(jié)

計算機的七層網(wǎng)絡(luò)模型，是整個計算機體系的核心，明確分配了各個層次的功能職責(zé)。無論是軟件開發(fā)還是硬件工程師都要清楚的掌握，要能夠聚焦自己的領(lǐng)域，又能俯視全局，做到心中有丘壑。