網(wǎng)絡(luò)分層模式原理分析 為什么要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層次劃分？

寫(xiě)在前邊

整個(gè)暑假去面試，面試了很多家公司（無(wú)論是小廠還是大廠）問(wèn)到的深度不同，網(wǎng)絡(luò)原理是面試最容易問(wèn)到的問(wèn)題，雖然我們?cè)陧?xiàng)目中很少去實(shí)踐它，但是了解其原理，會(huì)讓我們背后網(wǎng)絡(luò)通信是如果工作的，既能在面試官面前體現(xiàn)出你的基礎(chǔ)是否扎實(shí)，也能對(duì)以后深入網(wǎng)絡(luò)這部分學(xué)習(xí)有更多的了解。

很多同學(xué)面試在準(zhǔn)備這部分的時(shí)候，都會(huì)去背，這部分確實(shí)很難掌握，我個(gè)人總結(jié)的最好的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)原理的方法就是不用刻意的去記憶而是完全的結(jié)合實(shí)際去講整個(gè)原理融會(huì)貫通。雖然一開(kāi)始學(xué)習(xí)起來(lái)很吃力，但是稍微用點(diǎn)心，多看幾遍，多問(wèn)自己為什么，把自己當(dāng)做是開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)原理的開(kāi)發(fā)者，面試前的準(zhǔn)備只要理清邏輯就足夠了，而不是去背這部分內(nèi)容。

而且這部分相同的知識(shí)點(diǎn)面試官有多種提問(wèn)方式，但是其中很多都是換湯不換藥。我記得最多的問(wèn)的是輸入U(xiǎn)RL，到頁(yè)面呈現(xiàn)出來(lái)，其中經(jīng)歷了什么？這道面試題的背后，涉及到了很多網(wǎng)絡(luò)原理的知識(shí)，我們這篇文章不會(huì)全部分享到，而是先把由來(lái)和網(wǎng)絡(luò)層次劃分弄清楚，就完成了這篇文章的目的。

說(shuō)到網(wǎng)絡(luò)層次劃分并不陌生，我剛剛接觸到網(wǎng)絡(luò)層次的時(shí)候一臉懵逼，這么多層，一層不就行了嘛？層與層之間好多協(xié)議，還有各種數(shù)據(jù)包，第一次我放棄了。

當(dāng)我從新拾起網(wǎng)絡(luò)層次的時(shí)候，我下定決心從根上理解它。首先弄明白它的原理，那必定要知道它的由來(lái)，也就是為什么要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層次劃分？這個(gè)問(wèn)題問(wèn)的好。

假如“小鹿”是網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)人員，起初認(rèn)為計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信只需要一根線就可以完成通信，對(duì)沒(méi)錯(cuò)，但是世界那么大，那么多計(jì)算機(jī)，距離又遠(yuǎn)，不但浪費(fèi)線，還沒(méi)出現(xiàn)各種線被你偷偷剪斷的情況，毋庸置疑，那計(jì)算機(jī)之間通信就不行了。（后邊出來(lái)了無(wú)線網(wǎng)，雖然其中網(wǎng)關(guān)、路由之間也需要連線，但不是讓每臺(tái)計(jì)算機(jī)兩兩連接，而是一個(gè)區(qū)域?yàn)閱挝挥?jì)算機(jī)相互連接通信）

不行，老板說(shuō)，“小鹿”你給我想法子改，改不出來(lái)今晚不能睡覺(jué)，“小鹿”仔細(xì)想了想，這還是個(gè)技術(shù)活，需要進(jìn)行全面的改進(jìn)，也發(fā)現(xiàn)所謂的計(jì)算機(jī)之間的連線只能傳送0、1信號(hào)，另一臺(tái)計(jì)算并不知道那么多0、1代表什么，而且“小鹿”又發(fā)現(xiàn)不同廠商的生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)既然有連線實(shí)現(xiàn)通信也是很麻煩的，干脆定義一套規(guī)則吧，無(wú)論“某碩”計(jì)算機(jī)還是“某想”計(jì)算機(jī)，都必須遵守這套規(guī)則，其實(shí)所說(shuō)的這套規(guī)則就是我們經(jīng)常說(shuō)的“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”。

不是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)層次的由來(lái)嗎，怎么講到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議了。咱們繼續(xù)，通過(guò)上面的問(wèn)題，那個(gè)計(jì)算機(jī)之間通過(guò)連線傳送0、1信號(hào)的問(wèn)題雖然規(guī)定了通信規(guī)則，但是除了像0、1這種無(wú)意義的信號(hào)之外，網(wǎng)絡(luò)中還存在著其他各種各樣的問(wèn)題，兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間怎么進(jìn)行識(shí)別？以及怎么才能知道對(duì)方的地址？以及不同計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序怎么知道是給自己傳遞的數(shù)據(jù)，還有不同的通信數(shù)據(jù)格式怎么來(lái)規(guī)定等等一系列的問(wèn)題都出來(lái)了。

“小鹿”發(fā)現(xiàn)，如果各種問(wèn)題都寫(xiě)成一套協(xié)議來(lái)規(guī)定雙方通信的規(guī)則，但是呢？萬(wàn)一其中哪些規(guī)則通信中出現(xiàn)問(wèn)題，影響到了其他規(guī)則，最常見(jiàn)的就是數(shù)據(jù)包，一個(gè)數(shù)據(jù)包中如果包含各種各樣的協(xié)議，不就亂套了。

“小鹿”為了能夠把它設(shè)計(jì)的更好，決定采用分層劃分的結(jié)構(gòu)，既能規(guī)定不同層的完成的功能，又能實(shí)現(xiàn)層與層之間的改動(dòng)而不相互影響，這就是我們經(jīng)常聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)劃分層次的好處。

既然我們決定要分層，那么分為幾層才好呢？

起初網(wǎng)絡(luò)分層是標(biāo)準(zhǔn)的七層，也就是我們所說(shuō)的 OSI 七層模型。

參考模型是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的一個(gè)用于計(jì)算機(jī)或通信系統(tǒng)間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)體系，一般稱(chēng)為OSI參考模型或七層模型。

我們所知道的還有 TCP/IP 四層模型和 TCP/IP 五層模型。這又是怎么出來(lái)的，其實(shí)所謂的 TCP/IP 四層模型和 TCP/IP 五層模型是以 OSI 七層優(yōu)化而來(lái)，把某些層進(jìn)行合并了，其實(shí)本質(zhì)上還是相同的，但是我個(gè)人最喜歡用五層來(lái)解釋。

No.3.每一層的作用是什么？

這一部分涉及到每一層的很多協(xié)議和知識(shí)點(diǎn)，但是我們這一節(jié)不具體分享，為什么？我們具體深入之前必須大腦里有個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)圖，先要知道每層是做什么的，層與層之間的關(guān)系，然后下一節(jié)再深入每層中的每個(gè)協(xié)議怎么通信的，這樣的好處學(xué)起來(lái)?xiàng)l理清晰，而不至于當(dāng)時(shí)我學(xué)習(xí)的時(shí)候表面還不懂，就深入最后懵逼狀態(tài)。

物理層

物理層，顧名思義，用物理手段將電腦連接起來(lái)，就像我們上邊講到的計(jì)算機(jī)之間的物理連線。主要用來(lái)傳輸0、1信號(hào)，上邊也分析過(guò)了，0、1信號(hào)畢竟沒(méi)有任何的現(xiàn)實(shí)意義，所有我們用另一層用來(lái)規(guī)定不同0、1組合的意義是什么。

數(shù)據(jù)鏈路層

下層的物理層既然不能規(guī)定不同0、1組合的信號(hào)代表什么意義，那么我們?cè)跀?shù)據(jù)鏈路層規(guī)定一套協(xié)議，專(zhuān)門(mén)的給0、1信號(hào)進(jìn)行分組，以及規(guī)定不同的組代表什么意思，從而雙方計(jì)算機(jī)都能夠進(jìn)行識(shí)別，這個(gè)協(xié)議就是“以太網(wǎng)協(xié)議”（具體的以太網(wǎng)協(xié)議內(nèi)容下節(jié)內(nèi)容詳細(xì)講解）。

但是問(wèn)題又來(lái)了，我們要發(fā)送給對(duì)方計(jì)算機(jī)，怎么標(biāo)識(shí)對(duì)方以及怎么知道對(duì)方的地址呢？

1、MAC 地址

我們所說(shuō)的MAC地址到底的作用是啥？說(shuō)白了它就是作為網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，從計(jì)算機(jī)在廠商生產(chǎn)出來(lái)就被十六進(jìn)制的數(shù)標(biāo)識(shí)為MAC地址。

既然我們知道了用MAC地址作為標(biāo)識(shí)，那么怎么才能知道我們要進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)MAC地址呢？

2、廣播

這里廣播詳細(xì)的在下一節(jié)講，這一節(jié)你只需要知道廣播可以幫助我們能夠知道對(duì)方的 MAC 地址。那么既然知道了MAC地址就可以通信了？沒(méi)有想得那么簡(jiǎn)單，廣播中還存在兩種情況，一種是，在同一子網(wǎng)絡(luò)下（同一局域網(wǎng)下）的計(jì)算機(jī)是通過(guò) ARP 協(xié)議獲取到對(duì)方 MAC地址的。不同自網(wǎng)絡(luò)中（不同局域網(wǎng)）中是交給兩個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)（路由器）去處理的。這里邊涉及到很多細(xì)節(jié)的知識(shí)，都會(huì)集中到下一節(jié)，但是這一節(jié)你了解怎么進(jìn)行標(biāo)識(shí)計(jì)算機(jī)和怎么獲取到MAC地址就可以了。

網(wǎng)絡(luò)層

物理層和數(shù)據(jù)鏈路層都有自己的事情要做，也就是我們上邊所講到的這些（里邊很多細(xì)節(jié)不在這節(jié)多說(shuō)）。上邊兩層在我看來(lái)可以完成正常通信了，那么網(wǎng)絡(luò)層出來(lái)干啥子？

網(wǎng)絡(luò)層的由來(lái)是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)鏈路層中我們說(shuō)說(shuō)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信是分為同一子網(wǎng)絡(luò)和不同子網(wǎng)絡(luò)之間，那么問(wèn)題就來(lái)了，怎么判斷兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是否在同一子網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)）中？這就是網(wǎng)絡(luò)層要解決的問(wèn)題。

1、IP 協(xié)議

我們通常用到的 IP 地址，就是網(wǎng)絡(luò)層中的東西，所規(guī)定的的協(xié)議就是 IP 協(xié)議。很多小伙伴問(wèn)，IP 地址想必也是地址吧，上邊都有唯一標(biāo)識(shí)的 MAC 地址了，IP 地址出來(lái)是混飯吃的？為了能夠讓大家更方便的理解 IP 地址和 MAC 地址，我們可以將 IP 地址抽象成一種邏輯上的地址，也就是說(shuō) MAC 地址是物理上的地址，就是定死了。IP 地址呢，是動(dòng)態(tài)分配的，不是固定死的。

我們就是通過(guò) IP 地址來(lái)判斷兩個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備是否在同一子網(wǎng)絡(luò)中的，那么你會(huì)問(wèn)它是怎么判斷的，以及 IP 地址誰(shuí)給他分配的？又是如何分配的等一些列問(wèn)題，我們不著急，這里只說(shuō)一下大體的流程，詳細(xì)會(huì)后續(xù)寫(xiě)一大篇。

既然我們通過(guò) IP 地址來(lái)判斷兩個(gè)計(jì)算機(jī)是否處于同一局域網(wǎng)中，那么首先要知道對(duì)方的 IP 地址吧？DNS 解析想必大家都知道，可以將域名解析為 IP 地址。好了，我們知道兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的 IP 地址了，怎么進(jìn)行判斷是否同一局域網(wǎng)中？

2、子網(wǎng)掩碼

嘿嘿，又是一個(gè)只聽(tīng)說(shuō)過(guò)，但是不知道這個(gè)什么作用的一個(gè)名詞，沒(méi)事，等我聊完，你就明白是做什么的了。

子網(wǎng)掩碼就是用來(lái)標(biāo)識(shí)同一局域網(wǎng)中的 IP 地址的信息的？什么信息？IP 地址是由 32 個(gè)二進(jìn)制位組成的，也就是四個(gè)十進(jìn)制（如：255.255.255.000）。

子網(wǎng)掩碼也是由 32 個(gè)二進(jìn)制位組成的，但是只能用 0 或 1 來(lái)表示，如11111111.11111111.11111111.00000000。

到底什么意思呢？有 1 的部分表示網(wǎng)絡(luò)部分，有 0 表示主機(jī)部分，這和判斷兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是否在同一局域網(wǎng)中有什么關(guān)系？沒(méi)錯(cuò)，是有關(guān)系的！兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的 IP 地址分別和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行一種運(yùn)算（AND 運(yùn)算），如果結(jié)果相同，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)就在同一局域網(wǎng)中，否則就不在同一局域網(wǎng)中。

AND 是如何進(jìn)行運(yùn)算的，IP 的數(shù)據(jù)包的組成等問(wèn)題，不在這里多陳述。

傳輸層

好了，如果你認(rèn)為計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行通信了，那么“小鹿”恭喜你，你已經(jīng)基本知道了以上幾層劃分的作用，但是如果你正在一邊打 LOL，一邊和朋友在 QQ 聊天，突然，游戲中隊(duì)友聊天信息出現(xiàn)在了 QQ 窗口中，咦？出現(xiàn)了什么情況？

其實(shí)是以上層級(jí)還是不夠，出現(xiàn)上邊的原因就是，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)雖然可以通信了，但是每天計(jì)算機(jī)運(yùn)行著好多的程序，誰(shuí)知道你們傳輸?shù)男畔⑹菍儆谀男┏绦虻?，怨不?LOL 的聊天信息跑到了 QQ 窗口中。

想必大家猜到了傳輸層主要用來(lái)干啥滴，是的，傳輸層的主要功能就是為了能夠?qū)崿F(xiàn)“端口到端口”的通信。計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的不同程序都會(huì)分配不同的端口，所以才能使得數(shù)據(jù)能夠正確的傳送給不同的應(yīng)用程序。

1、UDP協(xié)議

加入端口號(hào)也需要一套規(guī)則，那就是 UDP 協(xié)議，但是 UDP協(xié)議有個(gè)缺點(diǎn)，一旦進(jìn)行通信，就不知道對(duì)方是否接收到數(shù)據(jù)了，我們?cè)俣x一套規(guī)則，讓其可以和對(duì)方進(jìn)行確認(rèn)，那么 TCP 出現(xiàn)了。

2、TCP 協(xié)議

我們通常說(shuō) TCP 三次握手和四次揮手，沒(méi)錯(cuò)，這就是傳輸層中完成的，TCP 三次握手涉及到的內(nèi)容賊多，都可以單獨(dú)寫(xiě)一篇長(zhǎng)文，這里不多陳述，知道它是在傳輸層中完成的以及它的作用是什么，能夠認(rèn)識(shí)到它就好了。

應(yīng)用層

“喂，你發(fā)給我的是什么破數(shù)據(jù)，亂七八糟的，我TM能解析嗎？能不能按照我的規(guī)定給我傳送？“

“好的，下次不敢了”

想必大家已經(jīng)猜到了應(yīng)用層的協(xié)議，應(yīng)用層的功能就是規(guī)定了應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)格式。我們經(jīng)常用得到的電子郵件、HTTP協(xié)議、以及FTP數(shù)據(jù)的格式，就是在應(yīng)用層定義的。

那么從最下方的物理層到最上方的應(yīng)用層，看了上邊想必都有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)了，不需要靠記憶去記了。

文章中可能存在講的不對(duì)和不足的地方，還請(qǐng)各位給予改正。由于網(wǎng)絡(luò)原理這部分涉及到的知識(shí)點(diǎn)龐大，今天這篇文章要入門(mén)了解網(wǎng)絡(luò)分層的模型已經(jīng)足夠了。

　　來(lái)源：一個(gè)不甘平凡的碼農(nóng)