【网络编程】—– 四层和七层网络模型，到底是个啥？

四层和七层网络模型，到底是个啥？

前言

之前老是听说什么网络”四层模型”、“七层模型”，到底什么鬼，刚好又赶上最近的工作是跟通信相关，不懂点网络分层模型，感觉有点对不起内心中小小的倔强！正好看了下极客时间上透视HTTP协议上对网络分层的讲解，先记下来，深刻理解加长久记忆！

TCP/IP 网络分层模型

还是先从 TCP/IP 协议开始讲起，一是因为它非常经典，二是因为它是目前事实上的网络通信标准，研究它的实用价值最大。
先看下TCP/IP 的协议层次图。

TCP/IP 协议总共有四层，就像搭积木一样，每一层需要下层的支撑，同时又支撑着上层，
任何一层被抽掉都可能会导致整个协议栈坍塌。

第一层叫“链接层”（link layer），负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址来标记网络上的设备，所以有时候也叫 MAC层。

第二层叫“网际层”或者“网络互连层”（internet layer），IP 协议就处在这一层。因为IP 协议定义了“IP 地址”的概念，所以就可以在“链接层”的基础上，用 IP 地址取代MAC 地址，把许许多多的局域网、广域网连接成一个虚拟的巨大网络，在这个网络里找设备时只要把 IP 地址再“翻译”成 MAC 地址就可以了。

第三层叫“传输层”（transport layer），这个层次协议的职责是保证数据在 IP 地址标记的两点之间“可靠”地传输，是 TCP 协议工作的层次，另外还有它的一个“小伙伴”UDP。TCP 是一个有状态的协议，需要先与对方建立连接然后才能发送数据，而且保证数据不丢失不重复。而 UDP 则比较简单，它无状态，不用事先建立连接就可以任意发送数据，但不
保证数据一定会发到对方。两个协议的另一个重要区别在于数据的形式。TCP 的数据是连续的“字节流”，有先后顺序，而 UDP 则是分散的小数据包，是顺序发，乱序收。关于 TCP 和 UDP 可以展开讨论的话题还有很多，比如最经典的“三次握手”和“四次挥手”。

第四层叫“应用层”（application layer），由于下面的三层把基础打得非常好，所以在这一层就“百花齐放”了，有各种面向具体应用的协议。例如 Telnet、SSH、FTP、SMTP 等等。

MAC 层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。

OSI 网络分层模型

OSI，全称是“开放式系统互联通信参考模型”（Open System Interconnection Reference Model），历史背景就不说了。

OSI 模型分成了七层，部分层次与 TCP/IP 很像，从下到上分别是：

1. 第一层：物理层，网络的物理形式，例如电缆、光纤、网卡、集线器等等；
2. 第二层：数据链路层，它基本相当于 TCP/IP 的链接层；
3. 第三层：网络层，相当于 TCP/IP 里的网际层；
4. 第四层：传输层，相当于 TCP/IP 里的传输层；
5. 第五层：会话层，维护网络中的连接状态，即保持会话和同步；
6. 第六层：表示层，把数据转换为合适、可理解的语法和语义；
7. 第七层：应用层，面向具体的应用传输数据。

两个分层模型的映射关系

1. 第一层：物理层，TCP/IP 里无对应；
2. 第二层：数据链路层，对应 TCP/IP 的链接层；
3. 第三层：网络层，对应 TCP/IP 的网际层；
4. 第四层：传输层，对应 TCP/IP 的传输层；
5. 第五、六、七层：统一对应到 TCP/IP 的应用层。

所谓的“四层负载均衡”就是指工作在传输层上，基于 TCP/IP 协议的特性，例如 IP 地址、端口号等实现对后端服务器的负载均衡。

所谓的“七层负载均衡”就是指工作在应用层上，看到的是 HTTP 协议，解析 HTTP 报文里的 URI、主机名、资源类型等数据，再用适当的策略转发给后端服务器。

总结

1. TCP/IP 分为四层，核心是二层的 IP 和三层的 TCP，HTTP 在第四层；
2. OSI 分为七层，基本对应 TCP/IP，TCP 在第四层，HTTP 在第七层；
3. OSI 可以映射到 TCP/IP，但这期间一、五、六层消失了；
4. 日常交流的时候我们通常使用 OSI 模型，用四层、七层等术语；
5. HTTP 利用 TCP/IP 协议栈逐层打包再拆包，实现了数据传输，但下面的细节并不可见。
6. 有一个辨别四层和七层比较好的（但不是绝对的）小窍门，“两个凡是”：凡是由操作系统
   负责处理的就是四层或四层以下，否则，凡是需要由应用程序（也就是你自己写代码）负责
   处理的就是七层。

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