什么是网络模型

网络模型主要有OSI模型（OSI model）和TCP/IP协议族（TCP/IP suite）。网络的存在就是为了让不同国家、不同厂商的设备可以通信，网络模型可以将通信标准化。

网络协议

网络协议是一些列规则，它们定义了网络设备或者相关软件应该如何工作。这些规则是指设备/软件之间通信时应遵循的逻辑规则，而非物理层面的标准。

什么是网络模型

网络模型对网络协议或者标准进行分类，并将每一类命名为一层，将各层次堆叠为一个层次模型结构。

OSI模型

OSI模型是网络通信标准化的一次重大尝试，虽然今天已经不再使用此模型，但是它仍深刻地影响了网络工程师思考网络。

什么是OSI模型

OSI（Open Systems Interconnection）模型是一个开放（open）的标准，而非某一独立厂家开发使用的私有模型，它是由ISO（International Organization for Standardization）创建。OSI模型将网络的功能进行分类并标准化，它一共将网络功能分为7层（Layers），

• 第7层：应用层（Application）
• 第6层：表示层（Presentation）
• 第5层：会话层（Session）
• 第4层：传输层（Transport）
• 第3层：网络层（Network）
• 第2层：数据链路层（Data Link）
• 第1层：物理层（Physical）

7层一起工作使得网络可以正常运行。接下来，自顶向下的看看每一层具体的作用与能力。

第7层：应用层

第7层——应用层是距离用户最近的层。应用层与应用软件交互，这些应用软件是有通信组件的，比如网页浏览器：Brave、Firefox、Chrome等。
HTTP和HTTPS是第七层具有代表性的协议。例如：https://www.cisco.com就是使用HTTPS协议获取思科网页并在浏览器中查看网页。
第7层并不包含应用程序（Chrome、Firefox）本身，而是包含与应用程序交互的协议（HTTP、HTTPS）。

应用层的功能

应用层的同层交互可以执行以下功能：

• 识别通信伙伴
• 同步通信

注意：所谓功能是指同层交互（same-layer interaction）时的能力。同层交互是指两个不同系统（主机）的同一层通信。数据的传输过程是

1. 发送端上三层处理通信内容（数据）
2. 发送端自顶（传输层）向下至数据链路层，每一层通过添加额外信息封装数据
3. 到达发送端最底层——物理层时，作为电信号发送到接收端
4. 接收端自底（数据链路层）向上至传输层每一层通过移除额外信息将数据去封装
5. 接收端上三层处理通信内容（数据）

1和3的过程叫做层间交互（adjacent-layer interaction）。

第6层：表示层

应用层中的数据是符合应用格式（application formats）的，应用层是这能应用软件才能理解的格式，如果想在网络上传输数据，应用格式需要先翻译为可以在网络上传输的格式，因此第6层——表示层的工作就是在应用格式和网络格式（network formats）之间互相翻译。

表示层的功能

• 翻译数据使之符合恰当的格式

表示层可以将符合应用格式的数据翻译为网络格式，使得数据可以在网络上进行传输；表示层可以将符合网络格式的数据翻译为应用格式，使得应用软件可以理解网络上的数据。
举个例子，在发送数据时对其进行加密，为了只有符合我们期望的接收方可以读取它，当然，在接收到它时进行解密。
表示层也可以在不同的应用格式之间翻译数据，以确保接收方可以理解该数据。

第5层：会话层

会话层控制两个建立连接的主机之间的会话（dialogues/sessions）状态。控制方式有建立、管理、终止。

会话层的功能

• 建立、管理、终止本地应用（如网页浏览器）和远程应用（如Youtube）之间的连接。

每时每刻都有不计其数的用户使用Youtube服务器，所以必须有一种方式来管理这些会话，即会话层。

上3层

知晓上三层（应用层、表示层、会话层）是必要的，但是实际上网络工程师在工作中并不会接触上三层。应用开发工程师会更多的与上三层打交道，通过上三层应用开发工程师可以将应用与网络连接。上三层处理好的数据传送到第4层，实际上做的就是在网络上发送数据的工作。

第4层：传输层

上三层处理好的数据传送到第4层后，第4层会在数据前加一个头。注意此过程中产生的这个数据单元加上第4层头（Layer 4 header）被称为数据段（segment）。
segment = data + L4 header
如果即将发送的数据足够大，数据会被分割为更小的数据，每个小数据都有一个第4层头，即数据会被分割为更小的数据段。

传输层的功能

• 分割和重组终端主机之间的通信数据
• 提供端到端 end-to-end（主机到主机 host-to-host ）之间的通信，也为应用软件提供进程到进程 process-to-process 之间的通信

传输层将大块数据分成更小的段，这些段可以很容易地通过网络发送，并且即使发生错误，也不容易导致传输问题。举个例子，你准备观看一个视频，如果不分割数据，当发生错误导致视频无法到达你的电脑，那么你将完全无法观看这个视频；然而，如果数据被分割为很小的数据段，那么只有发生错误的那个数据段无法到达你的电脑，视频可能会跳过一秒钟，但随后会继续播放。

第3层：网络层

上三层以及传输层处理好的数据传送到第3层后，第3层会在数据前加一个头。注意此过程中产生的这个数据单元加上第3层头（Layer 3 header）被称为分组（packet）。
packet = segment + L3 header
packet = (data + L4 header) + L3 header

网络层的功能

• 提供在不同网络上的主机的连通性
• 提供逻辑地址
• 提供源到目标之间的路径选择

网络层可以帮助局域网（LAN）之外的主机实现通信；网络层也提供逻辑地址，也就是所谓的IP地址，IP地址包含在第3层头中；在大型网络中，尤其是互联网，源和目标之间通常有多个可能的路径，网络层提供可以找到最优路径的方法。路由器就是工作在第三层，这也是为什么路由器可以使主机与局域网外的主机通信的原因。

第2层：数据链路层

上三层、传输层以及网络层处理好的数据传送到第2层后，第2层会在数据前加一个头、在数据后加一个尾。注意此过程中产生的这个数据单元加上第2层头（Layer 2 header）和第2层尾（Layer2 trailer）被称为数据帧（frame）。
frame = L2 trailer + packet + L2 header
frame = L2 trailer + (segment + L3 header) + L2 header
frame = L2 trailer + ((data + L4 header) + L3 header) + L2 header

数据链路层的功能

• 提供节点到节点 node-to-node的连通性
• 数据传输
• 格式化数据使得数据可以通过物理介质传输
• 检测并（可能）纠正物理层错误
• 提供第2层地址

数据链路层提供节点到节点的连通性和数据传输能力，所谓节点到节点就是指PC到交换机、交换机到路由器、路由器到路由器；因为数据链路层临近物理层，所以它也要定义数据应以何种格式在物理介质上进行传输，而且数据链路层还具备检测并（可能）纠正物理层错误的能力；数据链路层还提供一种第2层所使用的地址，它是与第3层地址（即IP地址）不同的另一套系统。交换机就是工作在第2层，交换机可以查看目标的第 2 层地址以确定将数据发送到何处。

第1层：物理层

数据帧到达物理层后，不会再进一步封装，而是通过连接（connection）将帧发送到相邻系统（neighboring system），连接可能是有线电信号或者无线信号（在 wifi 的情况下）。

物理层的功能

• 定义用于在设备之间传输数据的介质的物理特性
• 将数字比特转换为电信号或无线电信号

物理层定义了用于在设备之间传输数据的介质的物理特性，比如：电压等级、最大传输距离、物理连接器、电缆规格等；物理层还会将数字比特转换为电信号（有线连接）或无线电信号（无线连接），使其可以在线缆或物理空间上进行传输。

协议数据单元

协议数据单元（Protocol Data Units）简称PDU，即每一层所使用的数据都对应一个特定的术语。

OSI 模型层	PDU
上三层	数据 Data
传输层	数据段 Segment
网络层	分组 Packet
数据链路层	数据帧 Frame
物理层	比特 Bit