?一.計算機網(wǎng)絡的分層

在計算機網(wǎng)絡體系中，采用層次化的思想，將通信協(xié)議中必要的功能進行分層，每一層都接收由它下一層所提供的特定服務，并且負責為自己的上一層提供特定的服務。上下層之間進行交互所遵循的約定叫做『接口』，同一層之間進行交互所遵循的約定叫做『協(xié)議』。

• 『接口』即相鄰兩層之間交換位置的連接點，是上層使用下層服務的入口。
• 『協(xié)議』即通信雙方所做的一些約定，比如怎么開始通信、信息的格式與順序、怎么結束通信等。協(xié)議非常重要，我們在學習計算機網(wǎng)絡過程中，重點就是理解各種協(xié)議，如 HTTP、DNS、TCP 等。只有通信雙方同時支持相同協(xié)議，才能進行通信。就像人類之間通信交流一樣，假如一個人只會英文，那么給他說中文，就會不知所云。

計算機網(wǎng)絡為什么要采用分層模型呢？主要原因在于分層存在以下優(yōu)勢：

• 分層是軟件設計中的一個常見套路，它也是一種常見解耦的思路，可以有效減少程序中出現(xiàn)『牽一發(fā)而動全身』的情況。將每個分層獨立使用，靈活性更強，即使系統(tǒng)中某些分層發(fā)生變化，也不會波及整個系統(tǒng)。
• 分層也可以將復雜的網(wǎng)絡問題分解為許多比較小的、界線比較清晰簡單的部分來處理，從而更易于單獨實現(xiàn)每個分層的協(xié)議，并界定各個分層的具體責任和義務。

當然也不是分層越多越好，即分層可能也存在一些劣勢，比如有時可能會過分模塊化，使處理變得更加沉重以及不同模塊可能要處理相似的邏輯，從而出現(xiàn)冗余等問題。

二.常見參考模型

在計算機通信的初期，每家計算機廠商都生產(chǎn)各自的網(wǎng)絡產(chǎn)品來實現(xiàn)計算機通信。而由于缺乏標準化，不同廠商設定的各種協(xié)議之間不兼容，無法跨廠商通信，非常不方便。

為了解決上述問題，國際標準化組織 ISO 制定了一個國際標準 OSI 參考模型 ，將計算機網(wǎng)絡體系劃分為 7 層，對通信系統(tǒng)進行了標準化。此模型概念清晰，但非常復雜，實現(xiàn)較為困難，并沒有得到普及。

出于實用的目的， ARPA 提出了 TCP/IP 參考模型（其實比 OSI 模型出現(xiàn)更早），將計算機網(wǎng)絡劃分為 4 層。此模型在標準制定過程中將真正能夠實現(xiàn)通信的技術作為首要任務（更看重的是如何實現(xiàn)，而不是理論），并且一旦發(fā)現(xiàn)有什么問題，就及時修改程序、協(xié)議或相應文檔，模型更加簡潔，且實用性更強，最終成為了業(yè)界標準。但是 TCP/IP 最下面的網(wǎng)絡接口層概念并不清晰，沒有什么具體內(nèi)容。

為了方便理解計算機網(wǎng)絡原理，在計算機網(wǎng)絡教程中，通常綜合 OSI  7 層模型和 TCP/IP  4 層模型的優(yōu)缺點，將計算機網(wǎng)絡分為 5 層，既簡潔又能將概念闡述更加清楚（當然實際上應用的還是 TCP/IP 模型）。

幾種計算機網(wǎng)絡參考模型的示意圖如下：

三.5層參考模型簡介

• 應用層應用層的傳輸單位是報文，任務是完成特定網(wǎng)絡應用，比如傳輸電子郵件、傳送文件、請求與響應 Web 文檔等具體網(wǎng)絡功能，用戶直接接觸到的就是這一層，常見協(xié)議有 HTTP、FTP、DNS、SMTP。
• 傳輸層傳輸層的傳輸單位是報文段，任務是為不同進程之間提供通信服務。一臺主機上可能運行著很多進程（比如用戶可能一邊聽著歌，一邊聊著天，運行著不同的進程，那么就需要知道數(shù)據(jù)應該發(fā)送給哪個進程），通過端口號進行區(qū)分。常見協(xié)議有 TCP、UDP。
• 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層的傳輸單位是數(shù)據(jù)報（包），任務是為不同網(wǎng)絡主機之間提供通信服務，把數(shù)據(jù)從源端傳到目的端。使用 IP 地址來標識網(wǎng)絡上的設備。除了尋址之外還需要進行路由選擇，從主機 A 向主機 B 傳輸數(shù)據(jù)的時候，有很多條可以選擇的路由，網(wǎng)絡層利用相應的路由算法計算出?條合適的道路。常見協(xié)議有 IP、ICMP。
• 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單位是幀，任務是為物理層面上互連的、同一鏈路上的不同節(jié)點（主機或路由器）之間提供通信服務。例如與 1 個以太網(wǎng)相連的 2 個節(jié)點之間的通信。使用 MAC 地址來標識網(wǎng)絡上的設備。數(shù)據(jù)鏈路層還提供流量控制、差錯控制等功能。網(wǎng)絡把許多計算機連接在一起，而互聯(lián)網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡通過路由器連接在一起，因此互聯(lián)網(wǎng)也稱為『網(wǎng)絡的網(wǎng)絡』。通常把單個的網(wǎng)絡簡化成一條鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層服務于同一個鏈路中的不同節(jié)點。通信鏈路分為多種（如以太網(wǎng)、WIFI、電纜接入網(wǎng)），由不同類型的物理媒體組成（如光纖、雙絞線、同軸電纜）。不同網(wǎng)絡主機之間可能相距很遠，之間跨越很多條鏈路。就像我們從北京公司去南京老家，可能會經(jīng)過高速公路、城市道路、鄉(xiāng)村小道等不同道路。
• 物理層物理層的傳輸單位是?特，任務是透明的傳輸比特流（0/1 信號）。（透明傳輸就是不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應當能在鏈路上傳送）

當兩臺計算機在進行通信的過程中，數(shù)據(jù)將會經(jīng)過計算機網(wǎng)絡的不同層級。發(fā)送端在層與層之間傳輸數(shù)據(jù)時，每經(jīng)過一層都會添加一個該層所屬的首部信息（封裝），比如傳輸層會加上源端口號和目的端口號等信息、網(wǎng)絡層會加上源 IP 地址和目標 IP 地址等信息、數(shù)據(jù)鏈路層會加上源 MAC 地址和目標 MAC 地址。反之，接收端在層與層傳輸數(shù)據(jù)時，每經(jīng)過一層時會把對應的首部消去（解封裝）。

這就類似于寄快遞，商家寄件的時候會加上包裝盒、包裝袋、寄件信息貼紙等，一層層包裝，而消費者收件的時候則需要一層層去掉包裝，得到最終的商品。

參考文獻：

1. 《圖解 HTTP》
2. 《圖解 TCP/IP》
3. 《計算機網(wǎng)絡（第 7 版）》

我是一楓，非科班程序猿，互聯(lián)網(wǎng)寒冬之際拿到了字節(jié)、美團、攜程等 offer。在準備校招過程中整理了一份《后端校招面試指南》，內(nèi)容包括 Java 基礎、并發(fā)、JVM、MySQL、Redis、MQ、Spring、計算機網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)等，非常全面！?