计算机网络

简单来说，计算机网络的本质是由不同协议及其提供的各种服务使各主机之间能够通过各种媒介进行通信，或者说是数据交换。网络中的所有协议被统称为协议栈，而网络模型则是在各种功能之间划分出较为清晰的界限，各协议则能根据其需要进行定位和实现功能。一般来说，网络模型中下层向上层提供服务，而上层在使用服务时并不需要知道下层的服务是如何实现的。目前常见的网络模型有三种，分别是OSI参考模型、TCP/IP模型和五层网络模型。

OSI参考模型（七层网络协议）

OSI参考模型是三种协议中最早出现的模型，是由ISO组织，即国际标准化组织，在20世纪70年代提出的，而当时因特网中的众多协议还处在萌芽阶段。目前，因特网已成为使用最广泛的网络，而OSI模型也并不能完全代表因特网的形态。但由于它的影响力之广，因此在流行的网络模型中也多少能够看到它的影子，并且在对计算机网络进行教学时，也经常会重点提及这种模型。OSI参考模型将网络分为七层，从上到下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层，下面是对模型中的各个层次进行简单的描述。

一、应用层

应用层是网络协议中的最顶层，也是最接近用户（这里的用户通常指需要接入网络的各种应用程序/进程）的一层，通过暴露给用户的接口向用户提供互联网接入的服务。用户可以遵循不同的网络协议进行数据的发送和接收，常见的应用层协议包括了HTTP (HTTPS)、SMTP、POP3、FTP、TelNet等。用日常生活作为类比，应用层中传递的数据就好比好友之间想要交流的内容，而应用层协议则是在交流时选择书信交流所需要遵循的信件格式。

二、表示层

表示层是网络协议中的第二层，也是直接进行数据处理的一层，它提供如数据格式化、数据压缩以及加解密等服务。这就好比在书写信件时将字写得紧凑些来节省纸张，或是将一些小秘密通过暗号告诉对方，防止信件被父母看见后的尴尬。

三、会话层

会话层提供与会话相关的服务，主要包括会话连接的建立、维护和撤销等操作。这就好比一个极其负责的邮递员，这个邮递员会处理许多的信件往来。而对于每一封经过他手的信件，这个邮递员都会随时监控和实时向双方更新信件的状态，直到接收方收到信件并且双方都确认不需要寄送新的信件后为止。

四、传输层

传输层则是负责主机之间的通信，而在实际的因特网使用中，传输层协议主要包括面向连接的（TCP）和无连接的（UDP）。同样用寄信来做类比，当其面向连接时，邮局在寄送信件之前会去确认信件是否能够正确送到对方手中，而不会因为各种如超出配送范围或邮递员不足等原因无法及时将信件送达；当使用无连接时，邮局会用最快的方式将信件寄出，但并不能保证将信件送达对方手中。

五、网络层

网络层协议主要负责寻址和选择传递的链路。因特网中最主要的网络层协议就是IP协议。而网络层协议的主要内容就好比信封上写的目的地地址，这个地址需要遵循一定的格式并且在不同的中转地根据其中的信息进行相应的转发。

六、数据链路层

数据链路层协议主要处理网络层和物理层之间的通信，在根据具体链路的物理层媒介遵循相应的协议进行处理时，也会携带临近节点的地址（MAC地址）。这就好比在邮寄信件时，当需要通过陆路进行运输时，封装好的信件（帧）会以一个特定的摆放方式放置于集装箱中，并由开往目的地（对方主机）或下一中转机构（路由器）货车进行运输。当信件抵达下一中转机构后，会重新根据其目标地点依照同样的方式进行转发。在前往目的地或下一中转机构的途中，也可以在线路上的一个中转站（链路交换机）将小车换成大车（信号放大）并继续朝着相同的位置出发。

七、物理层

物理层主要负责实际比特流的传输，比特流可以通过包括双绞线、同轴电缆、光纤以及卫星信号等多种媒介进行传输，而这些媒介也需要通过DSL (Digital Subscriber Line，用户数据线)、Cable Internet Access (有线网络接入) 以及FTTH (Fiber to the Home，光纤到户) 等各种方式进行实际的连接和规范管理。而物理层的这些媒介就好比货车、火车、轮船或是飞机，而这些工具也需要具体制定运送的方式，同时也可以通过组合的方式进行传输，比如用货车将信件运到机场后由飞机运送至目的地机场，再由货车将信件送到具体邮局再进行派发。

TCP/IP模型（四层网络模型）

TCP协议和IP协议是网络使用中最基本也是最常见的两个协议。TCP/IP协议指的并不只是这两个协议，而是包括了许多基本通讯协议的一个协议簇。基于这些协议，TCP/IP模型将网络分为四层，包括应用层、传输层、网络层以及网络接口层，其中应用层囊括了七层协议中的应用层、表示层和会话层，而网络接口层则囊括了数据链路层和物理层。在TCP/IP协议簇中，常见的应用层协议包括万维网访问的HTTP (HTTPS)、发送邮件的SMTP、接收邮件的POP3、文件传输的FTP和使用远程主机的TelNet等，传输层协议则包括了面向连接的TCP和无连接的UDP，网络层的主要协议有寻址的IP协议、将IP地址与物理地址映射的ARP协议以及用于计算最佳路由路径的各色路由协议，而链路层则是通过以太网和WiFi等各种技术使数据最终能通过物理介质进行传输。

五层网络模型

结合了OSI参考模型和TCP/IP模型的优点，目前更为常用的一种划分方式是五层网络模型。五层网络模型中，在前两个模型共有的传输层和网络层的基础上，包含了OSI参考模型的下两层，也就是物理层和数据接口层，以及TCP/IP模型中的应用层。相比OSI参考模型而言，五层网络模型不包括表示层和会话层。但这并不代表这两层不重要，而是在五层网络模型中，这两层的功能交由开发者根据具体的需求去决定是否要实现特定的功能。