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1、计算机网络体系结构
1.1 网络模型
开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect，OSI）是国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。OSI 采用分层结构化技术，共分为七层：物理层、数据链路层、网络层、 传输层、会话层、表示层、应用层。
OSI 模型比较复杂且学术化，所以我们实际使用的 TCP/IP 模型，共分 4 层，链路层、网络层、传输层、应用层。两个模型之间的对应关系如图所示：
无论什么模型，每一个抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务。
1.2 为什么要分层？
总的来说，是网络不稳定导致了分层需求。
数据在网络传输时会自动选择最优路径，这种路径选择过程称为路由。由于网络具有天然不稳定性（如路由器损坏、网线被拔、停电等意外情况），需要通过接收方回执确认和超时重传来保证传输可靠性。当传输路径中的路由器损坏时，发送方在超时未收到回执后会选择其他路径重传数据。假设一个数据很大，数据量越大传输时间越长，且传输时间与失败风险成正比。那么在重传时如果又遇到路由损坏，就又要换路由重传这一个大数据，又要等很长时间。
因此，需要分块解决方案，仅需重传失败的数据块（接收方会记录已接收数据，避免重复处理），分块传输的额外成本要远远小于整体重传的额外成本，在显著降低重传数据量的同时，也降低了失败概率。
在分块传输的基础上，为了实现功能解耦，让多个协议可以共享同一套传输机制，就进一步演化为分层。这样每层就只负责自己的功能即可（比如传输层统一处理分块/重传等基础功能），而且每一层不用关心其他层的具体传输细节。
1.3 TCP/IP 协议族
Transmission Control Protocol/Internet Protocol 的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，是 Internet 最基本的协议、Internet 国际互联网络的基础，由网络层的 IP 协议和传输层的 TCP 协议组成。协议采用了 4 层的层级结构。然而在很多情况下，它是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。也就是 说，它其实是个协议家族，由很多个协议组成，并且是在不同的层， 是互联网的基础通信架构。
每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关信息。通常，为协议提供的信息为包首部，所要发送的内容为数据。在下一层的角度看，从上一层收到的包全部都被认为是本层的数据。网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上一层传过来的数据。首部的结构由协议的具体规范详细定义。在数据包的首部，明确标明了协议应该如何读取数据。反过来说，看到首部，也就能够了解该协议必要的信息以及所要处理的数据。
各层的工作内容：
- 应用程序处理：首先应用程序会进行编码处理，这些编码相当于 OSI 的表示层功能；编码转化后，邮件不一定马上被发送出去，这种何时建立通信连接何时发送数据的管理功能，相当于 OSI 的会话层功能
- TCP 模块的处理：TCP 根据应用的指示，负责建立连接、发送数据以及断开连接。TCP 提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输。为了实现这一功能，需要在应用层数 据的前端附加一个 TCP 首部
- IP 模块的处理：IP 将 TCP 传过来的 TCP 首部和 TCP 数据合起来当做自己的数据，并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。IP 包生成后，参考路由控制表决定接受此 IP 包的路由或主机
- 网络接口（以太网驱动）的处理：从 IP 传过来的 IP 包对于以太网来说就是数据。给这些数据附加上以太网首部并进行发送处理，生成的以太网数据包将通过物理层传输给接收端
- 网络接口（以太网驱动）的处理：主机收到以太网包后，首先从以太网包首部找到 MAC 地址判断是否为发送给自己的包，若不是则丢弃数据。如果是发送给自己的包，则从以太网包首部中的类型确定数据类型，再传给相应的模块，如 IP、ARP 等。这里的例子则是 IP
- IP 模块的处理：IP 模块接收到 数据后也做类似的处理。从包首部中判断此 IP 地址是否与自己的 IP 地址匹配，如果匹配则根据首部的协议类型将数据发送给对应的模块，如 TCP、UDP。这里的例子则是 TCP。 另外，对于有路由器的情况，接收端地址往往不是自己的地址，此时，需要借助路由控制表，在调查应该送往的主机或路由器之后再进行转发数据
- TCP 模块的处理：在 TCP 模块中，首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。数据被完整地接收以后，会传给由端口号识别的应用程序
- 应用程序的处理：接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据。通过解析数据，展示相应的内容