1.1 协议与协议分层

设备之间要通信，必须遵循相同的通信标准，即协议。

如果需要将文字、声音、图片发送给你的朋友，就需要电脑将这些文字、声音、图片用电信号描述出来，再将电信号发送出去。

当人们通过网络进行联络的时候，会忽视在其中转发电信号的各种设备。事实上，数据是经过了多种协议的处理，经历多重形式的转变，途径多个设备的转发，最终抵达目的地，以正确的形式呈现出来。

一些常见的问题：

1. 你的电脑需要知道通往目的地电脑的路径吗？
2. 中间的传输设备需要了解你们的聊天内容吗？
3. ……

在传递数据的整个链路上，不同的设备所具备的能力、获得的信息会是不同的。电脑只负责获取信息、展示信息，中间的转发设备只负责传递信息，它们是工作在不同层面的设备。

我们想象一下银行邮寄信用卡的场景：首先设计信件，对它进行排版；然后将它印刷出来；接下来打印信封，将信件和信用卡装进信封；最后将邮件投递到邮局。

对于这样一个工作，显然在不同环节安排人手负责本环节的工作，然后把大家的工作串起来，就实现了一个分工协作的流水线。

假设我们要求，从设计信件到投递邮件都是一个人来做，增加人手只是让不同的人都做一遍完整的流程，这样不论增加多少人手，工作还是很混乱。当出现错误，或者工作流程发生调整，所有的人都要排查和调整。

显然，分层可以增加效率，可以便于排查错误，可以方便替换和调整。

1.2 OSI参考模型

OSI模型是为了对异构网络进行标准化而起草，明确区分了服务、接口、协议的概念。

在这个分层结构中，每一层都会接受下一层的服务，并向上一层提供服务。

OSI参考模型把网络通信所需要的所有功能，从上到下分了七层，并定义了哪层可以提供哪些服务，能够实现哪些功能。

1.3 TCP/IP参考模型

OSI模型好比是设计不太合理，缺乏核心参数的建筑设计图，没人会真的参照它盖楼。而TCP/IP协议就像是一栋没有设计图纸的实际建筑，人们根据自己的需要对大楼进行测绘，还原它的图纸。

TCP/IP模型

网络接口层相当于OSI模型中物理层与数据链路层的结合；应用层相当于OSI模型中应用层、表示层、会话层的结合。

对比之后发现，OSI模型太零碎，而TCP/IP模型又太简单，都不能很好地概括网络分层协议。

1.4 TCP/IP五层模型

在实际工作中，五层模型才是最实用的。根据五层模型，数据在通过线缆发送之前，需要经过的处理过程是：

1. 应用程序需要使用网络服务时，消息会经过应用层的处理，然后发送给传输层；
2. 在传输层，消息被拆为分段，每一分段头部添加控制信息，这样分段可以被指派给正确的进程，也可以让目的设备正确地重组分段。头部携带的信息可以对同一链路传输的不同应用的数据进行区分，将数据与应用正确地关联起来；
3. 网络层在数据段头部添加网络层信息（比如地址信息），然后将其封装为数据包。网络层地址为逻辑地址，在一定范围内能唯一标识一台主机。网络中的路由器通过处理网络层添加的信息，将数据包转发到正确的目的地址。
4. 在数据链路层，数据包头部会添加帧头信息，尾部会添加校验信息，数据包被封装成帧。不同的数据链路层协议（如以太网、WLAN），帧的格式完全不同。帧尾的校验信息可以检验处数据帧在通过网络介质传输后是否完整。
5. 在物理层，数据帧会被编码成能够在介质上传输的比特流，一路发送到目的地。

由此可见，封装过程就是数据从上到下，依次被添加相应的控制信息，当数据到达目的主机后，会相应执行解封过程，添加的控制信息会被逐层去除，最终还原成原始的应用程序消息。

1.5 总结

在网络中，主机与主机之间想要通信，需要网络中的设备都讲相同的「语言」——协议，但是网络十分复杂，语言如果只有一种，其设计和实现会很困难，所以要对网络通信协议进行分层。

通过TCP/IP五层模型，可以更清晰地分析应用数据沿协议栈经历的封装和解封过程，更好地理解网络通信过程。