我们为什么需要网络协议来传输数据？

连接互联网的各种设备需要用它们能理解的语言进行通信。各种计算机系统使用 OSI（Open Systems Interconnectio）模型规定的标准相互通信。

OSI 模型有七个抽象层，每个层都有不同的职责和协议。

下图显示了 OSI 模型中每一层的功能。每个中间层都为其上层提供功能，并由其下层提供服务。

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01 应用层

应用层最接近终端用户。大多数应用程序都位于这一层。我们从后端服务器请求数据，无需了解数据传输的具体细节。这一层的协议包括 HTTP、SMTP、FTP、DNS 等。

02 表现层

这一层处理数据编码、加密和压缩，为应用层准备数据。例如，HTTPS 利用 TLS 实现客户端与服务器之间的安全通信。

03 会话层

该层用于打开和关闭两个设备之间的通信。如果数据量较大，会话层就会设置检查点，避免从头开始重新发送。

04 传输层

该层处理两个设备之间的端到端通信。它在发送方将数据分解成段，然后在接收方重新组装。这一层有流量控制，以防止拥塞。这一层的主要协议是 TCP 和 UDP。

05 网络层

这一层实现不同网络之间的数据传输。它进一步将网段或数据报分解成更小的数据包，并使用 IP 地址找到通往最终目的地的最佳路由。这一过程被称为路由选择。

06 数据链路层

这一层允许在同一网络的设备之间传输数据。数据包被分解成帧，这些帧被限制在局域网内。

07 物理层

这一层通过电缆和交换机发送比特流，因此与设备之间的物理连接密切相关。

既然我们已经了解了每一层的职责，那就让我们来总结一下图中的数据传输过程。这就是所谓的封装（encapsulation）和解封装（decapsulation）。

封装是指在数据向目的地传输的过程中为数据添加报头（header）。解封装会移除这些报头，以获取原始数据。

• 步骤 1：当设备 A 使用 HTTP 通过网络向设备 B 发送数据时，最初会在应用层添加一个 HTTP 报头。
• 步骤 2：在数据中添加 TCP 或 UDP 报头。它在传输层被封装成 TCP segments。报头包含源端口、目的端口和序列号。
• 步骤 3：在网络层用 IP 报头对这些段落进行封装。IP 报头包含源 IP 地址和目的 IP 地址。
• 步骤 4：在数据链路层为 IP 数据报添加 MAC 报头，其中包含源 MAC 地址和目的 MAC 地址。
• 第 5 步：封装帧被发送到物理层，并作为比特流在网络上发送。
• 步骤 6-10：设备 B 从网络接收到比特流后，会启动解封装过程，这与封装过程相反。报头逐层去除，直到设备 B 可以访问原始数据。

请注意，每一层都使用报头来处理指令，而不需要解封上一层的数据。

TCP/IP 模型

与理论上的 OSI 模型相比，TCP/IP 模型提供了一个更实用的框架。它包含四个关键层：

• 应用层 支持 HTTP、SMTP 等最终用户进程
• 传输层 处理主机到主机的通信（TCP、UDP）
• 网络层 寻址和路由数据包（IP 协议）
• 链路层 通过网络的物理电线、电缆或无线信道移动比特

这一模型更贴近现实世界的互联网通信，将七个 OSI 层压缩为这四个关键层。