各位好，很多人还不知道网络协议分层方法及其协议层和层。下面详细解释一下。现在让我们来看看！

在本文中，我将首先结合我们日常的软件系统开发介绍“网络为什么要分层”。，然后我会介绍OSI7层模型和TCP/IP4层模型。我将详细介绍目前广泛使用的“TCP/IP第四层模型”，包括每一层做什么以及相关的协议。

说到分层，先从我们平时使用框架开发后台程序说起。我们倾向于按照每一层做不同事情的原则将系统分为三层(可能会有更复杂的系统分层):

存储库(数据库操作)

服务(商业运作)

控制器(前端数据交互)

“复杂的系统需要分层，因为每一层都需要专注于一种事物。我们网络分层的原因是一样的，每一层只专注于一种东西。」

“为什么计算机网络是分层的？”，我们来更系统地讨论一下:

“各层相互独立”:各层相互独立，不需要关心其他层是如何实现的，只需要知道如何调用下层提供的好的函数(可以简单理解为接口调用)。这和我们把开发时间系统分层是一个道理。」

“提高整体灵活性”:每一层都可以用最合适的技术实现，你只需要保证你提供的功能和暴露的接口的规则没有改变。“这也可以对应我们在开发系统时通常要求的高内聚低耦合的原则。」

“把大问题变小”:分层可以把复杂的网间问题分解成许多边界清晰简单的小问题来处理和解决。这使得复杂的计算机网络系统易于设计、实现和标准化。“这就对应了我们平时开发的时候，通常会把系统功能分解，然后把复杂的问题分解成更小的容易理解的问题。这些较小的问题有更好的边界(目标和接口)定义。」

说到计算机网络分层，我想起了计算机界非常非常有名的一句话。这里分享一下:

“计算机科学领域的任何问题都可以通过增加一个间接的中间层来解决。整个计算机系统是按照严格的自上而下的层次结构设计的。」

大白:一层不够就加两层！

“为了更好地理解网络分层，我们先来看一个OSI七层模型，这个模型虽然失败了，但是提供了很多很好的理论基础。」

OSI七层模型的总体结构及各层提供的功能如下。“每一层都专注于一件事，每一层都需要使用下一层提供的功能。例如，传输层需要使用网络层提供的路由和寻址功能，以便传输层知道向何处传输数据。」

OSI七层模型

“OSI的七层架构概念清晰，理论完备，但复杂不实用，有些功能在多层重复。」

上图可能比较抽象。来个更生动的画面吧。在国外网站上看到了下面这张图。太棒了！

顺带一提，“最初被一些大公司甚至一些政府支持的OSI七层模型为什么会失败？」

OSI专家缺乏实践经验，他们缺乏完成OSI标准的商业动力。

OSI协议实现起来太复杂，运行效率很低。

OSI标准制定周期过长，导致按照OSI标准生产的设备无法及时进入市场。(90年代初，虽然已经制定了一套完整的OSI国际标准，但基于TCP/IP的互联网已经在相当大的范围内成功运行，世界第一。)

OSI的层级划分不尽合理，部分功能多级重复。

这是目前广泛使用的模型。我们可以将TCP/IP模型视为OSI7层模型的简化版本，它由以下4层组成:

应用层

传输层

网路层

网络接口层

请注意，我们无法将TCP/IP4层模型与OSI7层模型完全匹配，但我们可以简单地将它们匹配起来，如下图所示:

TCP-IP-4模型

网络协议概述

“应用层协议”:

HTTP协议(超文本传输协议，网页浏览的常用协议)

DHCP协议(动态主机配置)

DNS系统(域名系统)的原理

FTP协议(文件传输协议)

Telnet协议(远程登录协议)

电子邮件协议等。(SMTP、POP3、IMAP)

......

传输层协议:

TCP协议

消息段结构

可靠的数据传输

流控制

拥塞控制

UDP协议

消息段结构

RDT(可靠数据传输协议)

“网络层协议”:

IP协议(TCP/IP协议的基础，分为IPv4和IPv6)

ARP协议(地址解析协议，用于解析IP地址和MAC地址之间的映射)

ICMP协议(控制消息协议，用于发送控制消息)

NAT协议(网络地址转换协议)

RIP协议、OSPF协议、BGP协议(路由协议)

......

“网络接口层”:

错误检测技术

多路访问协议(信道多路复用技术)

载波侦听多路访问/冲突检测

多路访问控制协议

以太网技术

......

应用层的任务是通过应用进程之间的交互来完成特定的网络应用。我们称应用层交互的数据单元为消息。“应用层协议定义了应用进程(进程:运行在主机中的程序，如微信、QQ)之间的通信和交互规则。不同的网络应用需要不同的应用层协议。互联网中有很多应用层协议，比如DNS，支持Web应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议等等。

简要总结一些目前最常用的应用层协议:

“超文本传输协议(HTTP)主要是为Web浏览器和Web服务器之间的通信而设计的。」

当我们使用浏览器浏览网页时，我们的网页是通过HTTP请求加载的，整个过程如下图所示。

HTTP请求过程

“HTTP协议基于TCP协议”。在发送HTTP请求之前，必须先建立一个TCP连接，也就是经过三次握手。目前大部分HTTP协议都是1.1。在1.1协议中，Keep-Alive在默认情况下是打开的，因此建立的连接可以在多个请求中重用。

另外，“HTTP协议是“无状态”协议，它不能记录客户端用户的状态。”通常，我们通过会话记录客户端用户的状态。

“简单邮件传输协议(SMTP)的缩写，基于TCP协议，用于发送邮件。」

注意？？:"接受邮件的协议不是SMTP或POP3。」

SMTP协议后面不会花太多篇幅解释，只提两个比较重要的问题:

电子邮件发送流程

如何辨别邮箱是否真的存在？

“电子邮件发送流程？」

比如我的邮箱是“大白@cszhinan。”我想发邮件到“马骁@qq”整个过程可以简单地分为以下几个步骤:

通过“SMTP”协议，我把写好的邮件投递到163邮箱服务器(邮局)。

63邮箱服务器发现我发的邮箱是qq邮箱，然后它用SMTP协议把我的邮件转发到qq邮箱服务器。

qq邮箱服务器收到邮件后，通知用户邮件地址为“马骁@qq”接收邮件，然后用户通过POP3/IMAP协议取出邮件。

发送电子邮件的过程。

“你怎么判断邮箱真的存在？」

在很多场景下(比如邮件营销)，我们需要判断想要发送的邮件地址是否真的存在。这时，我们可以使用SMTP协议来检测它。这里就不说了。如果我再讲的话，估计这篇文章会有很多内容，这不是我一贯的风格。推荐几个检查在线邮箱是否有效的工具:

https://verify-email.org/

http://tool.chacuo.net/mailverify

https://www.emailcamel./

这两个协议不用细说，只知道“POP3和IMAP都是负责邮件接收的协议”。此外，应注意不要将这两者与SMTP协议混淆。“SMTP协议只负责发送邮件，真正负责接收的协议是POP3/IMAP。」

与POP3相比，IMAP协议更新了一点，为用户提供了更多的可选功能。几乎所有现代电子邮件客户端和服务器都支持IMAP。大多数电子邮件服务提供商支持POP3和IMAP。

“FTP(文件传输协议)，提供文件传输服务，基于TCP实现可靠传输。使用FTP传输文件的好处是可以屏蔽操作系统和文件存储方式。」

FTP是基于客户机-服务器(C/S)模型设计的，在客户机和FTP服务器之间建立了两条连接。如果要开发一个基于FTP协议的文件传输软件，首先需要了解FTP的原理。FTP的原理在许多书中都有详细的描述:

FTP的独特优势和与其他客户机服务器程序的最大区别在于，它在两个通信主机之间使用两个TCP连接(其他客户机服务器应用程序一般只有一个TCP连接):

连接:用于传输控制信息(命令和响应)。

数据连接:用于数据传输；

这种将命令和数据分开传输的思想大大提高了FTP的效率。

FTP工作流程

域名系统(DNS)将人类可读的域名(例如，www.baidu)转换为机器可读的IP地址(例如，220.181.38.148)。我们可以把它看作是为互联网设计的电话簿。

DNS-概述

IP地址是网卡在网络世界中的通信地址。我们可以把它理解为我们在现实世界中的家庭住址。

“DNS解析的完整流程是怎样的？”(这将在后面的文章中详细介绍)

DNS解析的完整过程

远程登录协议通过终端登录到其他服务器，它基于可靠的传输协议TCP。

“Telnet协议最大的一个缺点是所有数据(包括用户名和密码)都是明文发送，存在安全隐患。这就是为什么现在很少使用Telnet，而代之以非常安全的SSH协议的主要原因。」

SSH(安全外壳)是一种可靠的协议，为远程登录会话和其他网络服务提供安全性。SSH协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露。SSH建立在可靠的传输协议TCP之上。

“Telnet和SSH的主要区别在于，SSH协议对传输的数据进行加密，以确保数据安全。」

“传输层的主要任务是为两个主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务”。应用程序进程使用此服务来传输应用层消息。“通用”是指它不是针对某个特定的网络应用，而是多个应用可以使用同一个传输层服务。

"传输层主要使用以下两种协议:"

传输控制协议(TCP)-提供“面向连接”和“可靠”的数据传输服务。

用户数据报协议(UDP)-提供“无连接”的尽力数据传输服务(“数据传输的可靠性没有保证”)。

TCP和UDP的详细介绍将在后面的文章中介绍。

网络层负责为分组交换网络上的不同主机提供通信服务。发送数据时，网络层将传输层生成的消息段或用户数据报封装成数据包和数据包进行传输。在TCP/IP体系结构中，由于网络层使用IP协议，因此数据包也称为IP数据报，或简称为数据报。

注意？？:“不要混淆传输层的“用户数据报UDP”和网络层的“IP数据报”。

“网络层的另一个任务是选择合适的路由，让源主机传输层传下来的分支可以通过网络层的路由器找到目的主机。」

这里要强调的是，网络层中的“网络”一词并不是我们通常所说的具体网络，而是计算机网络体系结构模型中第三层的名称。

互联网是由大量通过路由器相互连接的异构网络组成的。互联网使用的网络层协议是IntertPrococol和很多路由协议，所以互联网的网络层也称为“Internet层”或“IP层”。

我们可以认为网络接口层是数据链路层和物理层的结合。

数据链路层通常简称为链路层(两台主机之间的数据传输总是在一段链路上传输)。“数据链路层的功能是将网络层移交的IP数据报组装成帧，并在两个相邻节点之间的链路上传输这些帧。每个帧包括数据和必要的控制信息(例如同步信息、地址信息、差错控制等。).」

“物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传输，尽可能屏蔽特定传输介质和物理设备之间的差异。”

最后分享一张关于OSI七层模型的非常好的总结图！

以上解释了网络协议分层方法及其协议层和层。

网络协议分层方法及其协议层与层推荐知识