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为什么计算机网络有这么多层

初接触计算机网络，不理解为什么有这么多层。发个信息不是很简单的事情吗？

就像寄信，扔到邮筒里，邮递员投递到收信人邮箱。这个过程很简单啊，为什么计算机发个信息这么麻烦？

寄信过程看似简单，其实和计算机发送信息的底层原理是一样的。计算机网络传输要做的事情，现实中寄信也一样不少。

下面我们就通过寄信这个例子来理解计算机网络。

一、分层和协议

计算机网络有5层、7层模型。模型中的每层又有不同种类的协议。在进入例子前，我们先看看什么是分层和协议。

分层

分层是为了在逻辑上划分职责，确保每一层职责单一，这对于开发同学很容易理解。反过来我们也可以从职责找对应的层。一会我们尝试在寄信例子中找找计算机网络中对应的层。

协议

我们再看看什么是协议。

词典解释：经过谈判、协商而制定的共同承认、共同遵守的文件。

简单说就是双方达成一致，需要一同遵守的规则。

通信协议可以理解为通信双方达成一致的规则，以确保一方能把信息发出，另一方能接收并且读懂。

特别注意这里的信息并不单单指信的内容。信息也指信封上的地址、邮编等内容。

二、理解计算机网络五层结构

2.1 书信格式 — 应用层

书信的内容是最重要的信息。书信内容基于约定格式书写，书信格式是信件内容的协议。现实中书信有标准格式，如下图：

书信如果没有按照上面格式书写，其实并不妨碍阅读。但是计算机只能机械的根据约定格式解析信息，所以格式对于计算机传输信息非常重要。

此处对应网络的应用层协议。确保你发给我的信息是约定好的格式，以便我能解析并读懂。

应用层常见协议

HTTP
SMTP及POP

2.2 收信人地址、邮编 — 网络层

寄信人需要在信封上填写收信人地址和邮编信息。邮递员根据这些信息找到收件人信箱，完成投递。

这里的协议是地址书写规则以及邮编的规范。不按照约定写地址或者胡乱写邮编，信件是要被退回的。

此处对应网络的网络层协议。确保信息被发送到指定的IP的电脑。每一台电脑就好比上图中有唯一编号的邮箱。

网络层常见协议

2.3 寄信需要中转站多次中转运送 — 数据链路层

信件并不是一次运输就能发送到收件人手中。邮递员取信后进行分拣，根据规则发往某个邮政网点。信件还会继续在邮政网点中根据规则流动。运送到离收信地址最近的网点后，邮递员投递到收件人邮箱。

这里的协议是信件在网点中流动与接收的规则。

此处对应网络的数据链路层协议。除了上面例子所说的让信息在网络节点中流动，还定义了如下规则：

如何将二进制信息封装为帧进行传输。
如何进行错误检查，确保传输准确性。

数据链路层常见协议

ARP
NAT
DNS
以太网

2.4 要送信，先修路 — 物理层

上面说了这么多，其实玩的都是虚的, 拔了网线啥也不是…

如果没有通往收信人的路，前面的工作都是瞎忙。最底层支撑送信的是道路。道路将一个个邮政网点以及寄、收信人地址串连起来。

此处对应网络的物理层。也就是通信的媒介，比如网线。这一层没有协议，但是物理层要具备传输信号的物理特性。

2.5 挂号信 — 传输层

前文已经讨论过下面这几层：

应用层
网络层
数据链路层
物理层

熟悉计算机网络的同学一眼就能看出少了传输层。耳熟能详的TCP和UDP协议都服务于这一层。其实，寄信这个例子也存在对应场景。我们来看看挂号信。

挂号信和平信最大的区别是需要收信人签收。也就是说挂号信保证送达。另外挂号信需要去邮局发信，不能随便丢到邮筒里。可以看到挂号信的邮寄和签收过程都和平信存在差异。

挂号信保证送达？！告诉我，你想到什么了？是不是TCP协议？

没错，这个例子对应的就是传输层。挂号信需要去邮局发信，平信通过邮箱发送，这也对应了不同传输层协议使用的端口不一样。

计算机网络中，传输层协议定义了信息传输的约定。拿TCP协议举例。主要做了下面几件事情。

发送方

分割数据
加上TCP包头后按顺序发送
接收接收方的确认信息，未确认会再次发送

接收方

去掉包头后，组装数据
发送确认信息给发送方
处理重复数据包

其实就是拆信息、发送、组装信息的过程。

为了确保送达，加入了确认机制。
为了保证传输正确，加入了验证机制。
此外还有开始、结束的握手、挥手机制。、

传输层常见协议

总结

通过寄信，我们找到了计算机网络五层架构对应的真实例子。

应用层（书信格式言）
传输层（挂号信、平信的区别）
网络层（收信人地址、邮编）
数据链路层（邮局网点间运输）
物理层（公路）

记住寄信的例子，就再也不用担心记不住计算机网络结构了！计算机领域优秀的设计都来源于现实世界，计算机网络也是如此。

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