【计算机网络】五层模型

这是新开的一个系列，用于记录一些计算机网络相关知识的学习过程，这篇文章讲解了计算机网络的五层模型

前言

我已经学习过一次计算机网络了，最近在找工作的时候，别人问起我来，才发现自己掌握的不大好，因此就有了重新复习一波，并且写博客记录一下的想法。

一般来说，我们会把计算机网络分为五层，每一层都有自己要解决的问题。我在复习的过程中，会以问题为导向进行学习。明确协议所在的层次，围绕当前层次需要解决的问题进行回答。除此之外，我们学习的重点是传输层协议，即TCP/UDP协议，对于其他层次的学习，以大体认知、介绍、了解为主。

当然，我也不是大佬，可能会有很多地方理解的不透彻，甚至存在谬误，你可以通过：

• 微信：OverUniverseWANG
• QQ：1823738952
• 邮件：wangsaiyu@cqu.edu.cn

的方式联系我，进行交流或是勘误，在核实后我会第一时间改正。

五层协议

五层协议分别是什么

五层协议更贴合实际使用，他们每一层都有自己明确的任务，从上到下，他们层层封装：

这些概念在现在难以理解，可以带着问题继续向后看。

层与层的关系

从上面的图中可以看出，从应用层到物理层，数据被层层封装。从应用层的角度来看：

• 应用层的通信需要依赖于更底层的协议：应用层无法完成通信的全部流程，需要将通信的任务下发给传输层进一步处理；
• 应用层对底层协议的实现无感：应用层只需要调用底层协议提供的方法就可以完成通信，不需要关注通信如何完成，只需要关注数据格式的约定；

换而言之：五层协议中的每一层都通过封装底层实现的方法对上提供服务。

一个小例子

背景

我希望有一个应用程序，能够远程遥控卧室的空调；因此我在家里装了一个树莓派，它上面可以运行linux操作系统，可以通过神奇的系统调用来对空调发送指令。我希望能够在快要下班前，在办公室打开家里的空调，等到回家后享受空调的冷风。

应用层设计

现在我们知道，树莓派能够操控空调了，那么我们希望树莓派能够听懂我说的话。于是我们约定：树莓派收到我发送的报文为 1 时打开空调，为0时关闭空调。

好的，我们完成了一个应用层协议，可以叫它CAC协议 （Control the Air Conditioner）。

传输层

在应用层，我们解决了应该发送什么样的信息。但是很快我们发现：电脑里运行着很多程序！

是的，一个计算机会干很多事情，发送的报文要由哪个程序接收呢？传输层来了！

通过传输层，操作系统在接收到报文后，可以根据端口号进行分发。假设我的树莓派上的CAC控制程序运行在8080端口上，那么我只需要在办公室里面注明数据要发送到8080端口，我就可以和我的应用程序通信了！

网络层

有请路由器，我和我的树莓派并不是直接连接的，我们之间隔了好多的路由器。他们将网络分割成了很多的子网！我要怎么把数据发送给树莓派？

网络层协议通过为设备、路由器分配IP地址的方法，在网络中对设备进行区分。并且通过路由算法解决我和树莓派之间传送数据时，每一次转发应该如何进行的问题。

数据链路层

可惜的是，网络没有这么简单，真实的网络是复杂的。这个时候有请交换机出场。

是的，我和路由器之间也不是直接通过网线连接的。我和路由器之间、路由器与路由器之间，都有可能经过多个交换机。数据链路层为每个设备分配了一个MAC地址，在数据链路层中唯一标识一个设备，对于每个交换机，会维护到某设备的下一条应当转发给哪个端口，来解决数据从我到路由器的问题。

到此为止，所有数据发送的问题都已经解决，只需要快乐的调用物理层服务，就可以完成数据的发送了。当数据发送到树莓派上时，树莓派只需要对数据进行反向操作就可以逐层向上，获取数据了！