序言

如你所见，本系列是我在学习计算机网络时的总结和笔记。作为非科班的学生以及见习后端程序员（什），我们只需要重点掌握应用层、传输层、网络层这三层就足够了，数据链路层只需要了解，物理层可以忽略。时间充裕的话可以学习中科大郑老师的自顶而下的计算机网络课程，B站上搜得到。

以下是计算机网络的知识导图：

本篇仍将以面试问答的形式总结网络体系结构相关的知识点。下面我们开始！

为什么要设计分层网络模型?

·降低系统复杂度，每层只需要关注自己的核心功能，不需要了解其他层的实现细节，只需要享受下一层提供的服务和封装向上的接口即可。例如，应用层只需要专注于为用户提供服务，而不用关心数据是如何在网络中传输的。

·良好的模块化。只要保持接口不变，每层都可以实现独立的升级和改变。比如在传输层把TCP变成UDP协议，而上层的应用不需要任何的改动。

·扩展性。新的协议和技术可以在适当的层次中加入，而不会影响到其他层的正常工作。这也是为什么互联网能够持续发展和演进的重要原因之一。

在20世纪70年代，计算机网络开始蓬勃发展，但当时面临一个严重问题：不同厂商的网络设备和系统互不兼容。主要的计算机公司如IBM、DEC等都在开发自己专有的网络架构和协议，这导致用户只能在同一个厂商的系统内进行通信，无法跨系统互连。

为了解决这个问题，国际标准化组织(ISO)在1977年成立了一个子委员会，开始制定一个开放的、标准化的网络框架。这项工作最终在1984年完成，形成了OSI参考模型。尽管由于复杂的模型设计使得OSI模型在实践中并未取得预期的成功，但其仍然提供了清晰的网络分层概念用于教学（？

总之，OSI分为七层：

·应用层：为用户提供各种网络服务，如HTTP、FTP、SMTP等

该图表示的是应用层之间的逻辑通信，如浏览器进程和web服务器之间的通信等

·表示层：处理数据格式、加密解密、数据压缩等

图源：https://www.cloudflare.com/zh-cn/learning/ddos/glossary/open-systems-interconnection-model-osi/

·会话层：管理会话，建立、维护和终止通信

·传输层：提供端到端的可靠数据传输，如TCP、UDP

传输层负责进行流量控制和错误控制。流量控制用于确定最佳传输速度，避免采用快速连接的发件人淹没采用慢速连接的收件人。传输层还通过确保接收数据的完整性（如果不完整，则请求重新传输）来对接收端进行错误控制。

·网络层：负责数据包的路由和转发，如IP协议

网络层负责促进两个不同网络之间的数据传输。如果两台通信设备位于同一网络，则不需要使用网络层。网络层在发送设备上将传输层发出的数据段分解更小的单元（称为数据包），再在接收设备上重组这些数据包。网络层还要确定数据到达目标的最佳物理路径；人们将此称为路由。

·数据链路层：在相邻节点间提供可靠传输，处理帧的编排和差错控制

数据链路层与网络层十分相似，但数据链路层用于促进同一网络上两台设备之间的数据传输。数据链路层从网络层提取数据包并将数据包分解成更小的部分（称为帧）。与网络层一样，数据链路层也负责网络内部通信流量控制和错误控制（传输层仅负责网络间通信流量控制和错误控制）。

·物理层：定义物理传输介质的特性，处理比特流的传输

在《图解TCP IP》(竹下隆史著)这本书上，有一张表格总结了这七个层次：

文字总结：

应用层会处理要发送/接收的数据包并选择应用层的传输协议；表示层负责转换数据传输的网络格式；会话层负责管理通信连接；传输层负责实现会话层的连接方式以及判断是否完整传输数据，提供可靠传输；网络层是实现主机到目标主机的寻址和路由选择；数据链路层负责中间链路相邻设备的数据传输。

与OSI模型相对的是，TCP/IP模型一共仅有4层：

应用层：对应OSI的应用层、表示层和会话层，包含各种应用协议
传输层：与OSI的传输层对应，主要协议是TCP和UDP
网络层：与OSI的网络层对应，主要使用IP协议
网络接口层：对应OSI的数据链路层和物理层，负责硬件层面的通信

图源：https://xiaolincoding.com/network/1_base/tcp_ip_model.html#%E7%BD%91%E7%BB%9C%E6%8E%A5%E5%8F%A3%E5%B1%82

TCP/IP模型采用四层结构的简洁设计，避免了OSI模型中表示层和会话层等在实际应用中较为模糊的分层，使得整个模型更加实用。此外，TCP/IP模型伴随着UNIX系统和互联网的发展而成长，当OSI模型完成时，TCP/IP已在互联网上得到广泛应用，这使得Linux作为类UNIX系统自然继承了这一网络架构。