网络分层模型

计算机网络是分层设计的复杂系统,理解分层模型是掌握网络协议的基础。本节介绍两种主流参考模型,以及数据在各层之间的传输形式。

OSI 七层模型

OSI(Open Systems Interconnection)模型由 ISO 制定,将网络通信划分为七层,自下而上依次为:

• 物理层:负责比特流在物理介质上的传输,涉及电压、接口、线缆标准。
• 数据链路层:将比特组织为帧,提供节点到节点的可靠传输,典型协议是以太网。
• 网络层:实现主机到主机的分组转发与路由,核心协议是 IP。
• 传输层:提供端到端的数据传输服务,代表协议为 TCP 和 UDP。
• 会话层:管理通信会话的建立、维护与终止。
• 表示层:处理数据表示、加密与压缩。
• 应用层:为用户提供网络服务接口,如 HTTP、FTP、SMTP。

TCP/IP 四层模型

实际互联网基于 TCP/IP 模型,常被划分为四层(也有五层说法),更贴近工程实践:

• 网络接口层:对应 OSI 的物理层与数据链路层。
• 网际层(IP 层):IP、ICMP、ARP 等。
• 传输层:TCP、UDP。
• 应用层:HTTP、DNS、SSH 等,合并了 OSI 的会话层、表示层、应用层。

协议数据单元(PDU)

各层在传递数据时使用的单位不同,理解 PDU 是阅读抓包数据的关键:

层级	PDU 名称	示例内容
物理层	比特(bit)	0/1 电信号
数据链路层	帧(frame)	MAC 头 + 数据
网络层	包(packet)	IP 头 + 数据
传输层	段(segment)/数据报(datagram)	TCP/UDP 头 + 数据
应用层	消息(message)	HTTP 请求行、首部、body

数据封装与解封装

发送方自上而下逐层添加首部(封装),接收方自下而上逐层解析首部(解封装)。例如应用层数据先经传输层加上 TCP 头成为段,再经网络层加上 IP 头成为包,最后经链路层加上 MAC 头成为帧,经物理介质发出。

[应用数据]
   |
[TCP 头 | 应用数据]         // 段
   |
[IP 头 | TCP 头 | 应用数据]  // 包
   |
[MAC 头 | IP 头 | ...]       // 帧

理解分层与封装,后续阅读 TCP/IP 协议族中的具体协议时,就能清楚每个字段属于哪一层、解决什么问题。