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了解OSI模型和TCP/IP模型

在上一篇關于互聯(lián)網(wǎng)的工作原理的數(shù)據(jù)傳輸中，我們了解到，兩臺計算機之間傳輸數(shù)據(jù)時，需要將數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包。這些數(shù)據(jù)包中不僅包含我們實際要傳輸?shù)男畔?，還包括很多額外的內(nèi)容，比如目標地址、發(fā)件人的地址等等。

那么問題來了：這些額外的信息應該放在數(shù)據(jù)包的哪里？我們又如何區(qū)分哪些是我們需要傳輸?shù)暮诵臄?shù)據(jù)，哪些是為了保障傳輸順利而添加的附加信息？

顯然，這些信息不能隨意塞進數(shù)據(jù)包里。就像快遞包裝一樣，只有遵循一套標準的打包方式，才能確保在傳輸過程中不出岔子。所以，為了規(guī)范和標準化網(wǎng)絡通信，工程師們設計了OSI模型和TCP/IP模型，用來規(guī)范數(shù)據(jù)的封裝和傳輸。

OSI模型與TCP/IP模型的區(qū)別

或許你會問：既然有了一個模型，為什么還要有兩個呢？它們之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？

其實很簡單，OSI模型是一個理論框架，它把網(wǎng)絡通信分為7層，每一層都有各自的職責。這個模型非常詳細和規(guī)范，非常適合我們用來學習和理解網(wǎng)絡是如何運作的。但是，OSI模型更多地是一種理想化的設計，并沒有廣泛地應用在實際中。

而TCP/IP模型就不一樣了。它只有4層或5層，設計更簡化，目的就是為了解決實際網(wǎng)絡通信中的問題。TCP/IP模型廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)，是我們?nèi)粘Ｊ褂玫挠嬎銠C網(wǎng)絡中實際運行的“規(guī)矩”。

換句話說，OSI模型更適合研究和學習，而TCP/IP模型則是在現(xiàn)實中“干活”的那個。正因為如此，在實際網(wǎng)絡中，TCP/IP模型成為了更常用的協(xié)議棧，而OSI模型則更多地作為理解網(wǎng)絡原理的理論工具來使用。

OSI模型

OSI（Open Systems Interconnection，開放式系統(tǒng)互連）模型是由國際標準化組織（ISO）在1984年提出的一個網(wǎng)絡通信模型。它的目的是為了定義網(wǎng)絡通信的標準框架，使得不同的網(wǎng)絡設備和系統(tǒng)能夠互操作。OSI模型將網(wǎng)絡通信過程分成了7個層次，每一層都有特定的功能和職責，這種分層的設計使得網(wǎng)絡通信過程更加清晰和模塊化。

一、物理層

物理層負責在物理媒體上傳輸原始的比特流，即將數(shù)據(jù)以電信號、光信號或無線信號的形式傳輸。它定義了網(wǎng)絡設備之間的物理連接方式、信號的電壓、電流、光的強度等特性。

典型的設備有：網(wǎng)線、集線器、交換機（工作在物理層模式下）等。

協(xié)議與標準：以太網(wǎng)標準（Ethernet）、光纖標準（Fibre Channel）等。

二、數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層負責將物理層傳輸?shù)脑急忍亓鹘M織成幀（Frame），并提供錯誤檢測和糾正功能，確保數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡中的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層還負責控制網(wǎng)絡中多個設備之間的訪問權(quán)（如媒介訪問控制MAC）。

典型的設備有：交換機、網(wǎng)卡。

協(xié)議與標準：以太網(wǎng)（Ethernet）、Wi-Fi（IEEE 802.11）、PPP（Point-to-Point Protocol）等。

三、網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層負責數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，決定數(shù)據(jù)從源到目的地的路徑。它解決的是跨越多個網(wǎng)絡的傳輸問題，因此它是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間互連的關鍵層次。

典型的設備：路由器。

協(xié)議與標準：IP（Internet Protocol）、ICMP（Internet Control Message Protocol）、ARP（Address Resolution Protocol）等。

四、傳輸層

傳輸層負責端到端的數(shù)據(jù)傳輸和控制，確保數(shù)據(jù)可靠、有序地傳輸?shù)侥繕藨贸绦?。它提供了?shù)據(jù)分段、流量控制、差錯校驗、數(shù)據(jù)重傳等功能。

典型的協(xié)議：TCP（Transmission Control Protocol）、UDP（User Datagram Protocol）。

協(xié)議的特點：TCP提供可靠的、面向連接的服務，而UDP則提供無連接的、盡力而為的數(shù)據(jù)傳輸服務。

五、會話層

會話層負責建立、管理和終止應用程序之間的會話。它提供了會話建立、數(shù)據(jù)同步、恢復等功能，以確保會話數(shù)據(jù)的順序和完整性。

使用場景：如遠程過程調(diào)用（RPC）、會話管理協(xié)議等。

協(xié)議與標準：NetBIOS、PPTP（Point-to-Point Tunneling Protocol）等。

六、表示層

表示層負責數(shù)據(jù)的格式化和轉(zhuǎn)換，以便不同系統(tǒng)之間能夠理解和正確處理數(shù)據(jù)。它還負責數(shù)據(jù)的加密、解密、壓縮和解壓縮。

使用場景：例如，將不同字符集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成通用格式、加密數(shù)據(jù)傳輸。

協(xié)議與標準：SSL/TLS（用于數(shù)據(jù)加密）、JPEG、MPEG、GIF等格式。

七、應用層

應用層為用戶提供網(wǎng)絡服務的接口，它直接與用戶的應用程序交互。應用層提供了很多網(wǎng)絡服務，如文件傳輸、電子郵件、遠程登錄、網(wǎng)絡管理等。

使用場景：用戶常用的網(wǎng)絡操作，如瀏覽網(wǎng)頁、發(fā)送電子郵件等。

協(xié)議與標準：HTTP（Hypertext Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）、SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）、DNS（Domain Name System）等。

TCP/IP模型

TCP/IP模型的設計初衷是為了更好地支持互聯(lián)網(wǎng)的通信需求，因此它的層次劃分更貼近實際的網(wǎng)絡通信過程。TCP/IP模型有四層（或五層，取決于具體分類），它們分別是：

網(wǎng)絡接口層（Network Interface Layer）：對應OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。這一層負責處理數(shù)據(jù)如何在同一網(wǎng)絡（通常是局域網(wǎng)）內(nèi)傳輸，包括如何訪問物理介質(zhì)、如何組裝和解析幀等?；ヂ?lián)網(wǎng)層（Internet Layer）：對應OSI模型的網(wǎng)絡層。這一層負責數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，決定數(shù)據(jù)如何通過不同的網(wǎng)絡傳輸?shù)竭_目的地。傳輸層（Transport Layer）：對應OSI模型的傳輸層。這一層提供端到端的通信服務，確保數(shù)據(jù)可以可靠、有序地從一個進程傳輸?shù)搅硪粋€進程。應用層（Application Layer）：綜合了OSI模型的會話層、表示層和應用層的功能。它為用戶提供直接的網(wǎng)絡服務，如文件傳輸、電子郵件、遠程登錄等。

如果有五層的話，就是將網(wǎng)絡接口層劃分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

OSI模型與TCP/IP模型在這里只是寫出了它的功能，但是你并不能夠理解實際的數(shù)據(jù)聯(lián)通過程和很深刻的了解在每個層中都完成了那些事情，所以僅僅了解到這里是遠遠不夠的，還需要你再深入地去學習。

但作為入門的博客，你大致的理解就已經(jīng)是一個不錯的開端了，山之千仞，始于壘土，這里也只是告誡大家要進一步的去學習，而不是淺嘗輒止。

關鍵網(wǎng)絡協(xié)議簡介（HTTP/HTTPS、TCP/UDP、DNS）

HTTP/HTTPS

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）

HTTP，全稱超文本傳輸協(xié)議，是用于傳輸網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的應用層協(xié)議。當我們在瀏覽器中輸入一個網(wǎng)址并訪問網(wǎng)頁時，瀏覽器和服務器之間的通信就是通過HTTP進行的。

HTTP的工作流程非常簡單：

客戶端（瀏覽器）發(fā)起請求：當你在瀏覽器中輸入一個網(wǎng)址（URL）時，瀏覽器會向服務器發(fā)送一個HTTP請求，要求訪問特定的資源（如網(wǎng)頁、圖片、視頻等）。服務器響應請求：服務器接收到請求后，處理請求并返回相應的資源（如網(wǎng)頁內(nèi)容）給客戶端。瀏覽器顯示內(nèi)容：瀏覽器接收到服務器返回的資源后，會將這些資源渲染成我們看到的網(wǎng)頁。

HTTP的特點：

無狀態(tài)性：每一次HTTP請求都是獨立的，與之前的請求沒有關聯(lián)。這意味著服務器不會記住前一次請求的狀態(tài)。為了實現(xiàn)“記住用戶”的功能（如登錄狀態(tài)），通常會使用Cookie和Session技術。明文傳輸：HTTP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是明文的，意味著數(shù)據(jù)在傳輸過程中容易被竊聽和篡改。這也是HTTP不夠安全的原因之一。

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）

HTTPS是HTTP的加密版本，使用了SSL/TLS協(xié)議來加密數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。HTTPS解決了HTTP的幾個重要問題：

數(shù)據(jù)加密：HTTPS通過SSL/TLS協(xié)議加密傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會被竊聽。數(shù)據(jù)完整性：HTTPS能夠檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否被篡改，確保數(shù)據(jù)的完整性。身份驗證：通過數(shù)字證書，HTTPS能夠驗證服務器的身份，確?？蛻舳嗽L問的是合法的服務器，而不是偽裝的服務器。

HTTPS已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)上的主流協(xié)議，尤其是在需要傳輸敏感信息的場合（如登錄頁面、支付頁面）中，使用HTTPS是必不可少的。

2. TCP/UDP

TCP（Transmission Control Protocol）

TCP，即傳輸控制協(xié)議，是一種面向連接的、可靠的傳輸層協(xié)議。它保證了數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端的可靠傳輸，常用于需要高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸場景，如文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽、電子郵件等。

TCP的主要特點：

連接管理：TCP在數(shù)據(jù)傳輸之前，需要先建立連接（即“三次握手”），在傳輸結(jié)束后，需要斷開連接（即“四次揮手”）。這種連接管理確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?shù)據(jù)分段與重組：TCP會將大塊數(shù)據(jù)分成多個小段進行傳輸，并在接收端重新組裝。這保證了數(shù)據(jù)能夠有序、完整地到達接收端?？煽總鬏敚篢CP通過確認應答機制，確保每一個數(shù)據(jù)段都被成功接收。如果接收端未收到某個數(shù)據(jù)段，TCP會重新發(fā)送該數(shù)據(jù)段，直到確認成功接收。

UDP（User Datagram Protocol）

UDP，即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，是一種面向無連接的傳輸層協(xié)議。與TCP相比，UDP更加輕量，不保證數(shù)據(jù)的可靠性、有序性和完整性，但傳輸速度快，適用于實時傳輸或?qū)G包不敏感的場景，如視頻會議、在線游戲、實時語音等。

UDP的主要特點：

無連接：UDP在發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接，直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端。這使得UDP具有較低的延遲。不保證可靠性：UDP不會追蹤已發(fā)送的數(shù)據(jù)包，也不會確認是否成功接收。發(fā)送端只管發(fā)送，接收端如果漏掉數(shù)據(jù)包，UDP不會重發(fā)。更快的傳輸速度：由于UDP省去了連接管理和確認應答機制，因此傳輸速度比TCP更快。

3. DNS（Domain Name System）

DNS，即域名系統(tǒng)，是互聯(lián)網(wǎng)的“電話簿”，負責將人類易讀的域名（如www.example.com）轉(zhuǎn)換為計算機可識別的IP地址（如192.0.2.1）。當你在瀏覽器中輸入一個域名時，DNS會將其解析為IP地址，從而使瀏覽器能夠找到相應的服務器并訪問網(wǎng)站。

DNS的工作流程：

查詢DNS服務器：當用戶輸入域名時，瀏覽器會首先查詢本地的DNS緩存，如果沒有命中緩存，就會向DNS服務器發(fā)起請求，詢問該域名對應的IP地址。遞歸解析：如果DNS服務器沒有緩存請求的域名，它會向更高級別的DNS服務器（如根DNS服務器）遞歸查詢，直到找到正確的IP地址。返回結(jié)果：最終，DNS服務器將找到的IP地址返回給瀏覽器，瀏覽器再使用該IP地址訪問目標網(wǎng)站。

DNS的重要性：

便捷性：用戶不需要記住復雜的IP地址，只需要記住簡單的域名。靈活性：域名可以指向不同的IP地址，便于網(wǎng)站遷移和服務器更換。全球分布式系統(tǒng)：DNS采用分布式架構(gòu)，全球各地的DNS服務器共同維護域名解析的效率和穩(wěn)定性。

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