计算机网络的分层体系结构

计算机网络是一个非常庞大且复杂的系统，所以在设计之初就严格遵守着「分层」的设计理念。分层思想将庞大的问题细分为了若干个局部的小问题，具有分层隔离、易于实现和维护、以及能促进标准化工作的优势。其中「标准化」是促进互联网全球化的关键，各种各样的网络协议，就是标准化的结果。

目前，计算机网络的分层体系结构主要有 2 个：

偏学术研究的 OSI（Open Systems Interconnection Reference Model，开放系统互联基本参考模型）七层模型；
偏实际应用的 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网协议）五层模型。

之所有有此分别，源于国际化标准组织在制定的 OSI 的时候过于理想化，又正逢 TCP/IP 飞速发展已经覆盖了全球大部分地区。种种原因，导致 OSI 并没有取得市场化的认可，仅仅是获得了理论上的研究成果。

TCP/IP 分层体系结构

L1（物理层）：最底层的数据传输物理媒介。主要提供各种物理连接设备，如：网卡、串口卡、网线、光模块等等。
L2（数据链路层）：主要提供对物理层进行访问的各种接口卡的驱动程序，如：网卡驱动程序等。数据链路层通过 MAC 地址来定位本地子网中的主机。
L3（网路层）：负责将网络数据包传输到目的位置，通过 IP 地址来定位不同子网间的主机。
L4（传输层）：为应用程序之间提供端到端连接，通过 Port 来定位到主机上的应用程序。
L5-7（应用层）：顾名思义，主要由应用程序提供服务，是用来对传输数据进行语义解释的 “人机交互界面层”。

分层协议族

分层 PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）类型

物理层：比特（Bit）；
数据链路层：数据帧（Frame）；
网络层：数据包（Packet）；
传输层：
- TCP 数据段（Segment）
- UDP 数据报（Datagram）
应用层：消息/数据（Message/Data）

分层 PDU 的封装与解封装

逐层封装

逐层解封装

PDU 的传输方式

单播（Unicast）：在发送者和接收者之间实现点对点网络连接。如果发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份相同的数据包。如果有大量接受者希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；
组播（Multicast）：在发送者和收者之间实现一点对多点的网络连接。如果发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也只需复制一份相同的数据包。它提高了数据传送效率，减少了骨干网络出现拥塞的可能性。组播解决了单播和广播效率低的问题。当网络中的某些用户需求特定信息时，组播源（即组播信息发送者）仅发送一次信息，组播路由器借助组播路由协议为组播数据包建立树型路由，被传递的信息在尽可能远的分叉路口才开始复制和分发。
多播（Multicast）：1988 年 Steve Deering 首次在其博士论文中提出多播的概念。多播是 IPv6 数据包的 3 种基本目的地址类型之一，多播是一点对多点的通信，IPv6 没有采用 IPv4 中的组播术语，而是将广播看成是多播的一个特殊例子。
广播（Broadcasting）：是指在 LAN 内广播数据包，所有在 LAN 内的主机都将收到这些数据包。广播意味着向 LAN 内每台主机都投递一份数据包，不论这些主机是否愿意接收该数据包。所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和网络设备控制广播传输。
泛洪：将某个端口收到的数据从除该端口之外的所有端口发送出去。泛洪操作广播的是普通数据帧而不是广播帧。

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