TCP/IP网络分层模型
它的层次顺序是“从下往上”数的,所以第一层就是最下面的一层。
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第一层叫“链接层”(link layer)
- 负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包,工作在网卡这个层次,使用 MAC 地址来标记网络上的设备,所以有时候也叫 MAC 层。
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第二层叫“网际层”或者“网络互连层”(internet layer)
- IP 协议就处在这一层。因为 IP 协议定义了“IP 地址”的概念,所以就可以在“链接层”的基础上,用 IP 地址取代 MAC 地址,把许许多多的局域网、广域网连接成一个虚拟的巨大网络,在这个网络里找设备时只要把 IP 地址再“翻译”成 MAC 地址就可以了。
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第三层叫“传输层”(transport layer)
- 这个层次协议的职责是保证数据在 IP 地址标记的两点之间“可靠”地传输,是 TCP 协议工作的层次,另外还有它的一个“小伙伴”UDP。
- TCP 是一个有状态的协议,需要先与对方建立连接然后才能发送数据,而且保证数据不丢失不重复。
- UDP 则比较简单,它无状态,不用事先建立连接就可以任意发送数据,但不保证数据一定会发到对方。
- TCP 的数据是连续的“字节流”,有先后顺序.
- UDP 则是分散的小数据包,是顺序发,乱序收。
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协议栈的第四层叫“应用层”(application layer)
- 由于下面的三层把基础打得非常好,所以在这一层就“百花齐放”了,有各种面向具体应用的协议。例如 Telnet、SSH、FTP、SMTP 等等,当然还有 HTTP。
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MAC 层的传输单位是帧(frame)
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IP 层的传输单位是包(packet)
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TCP 层的传输单位是段(segment)
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HTTP 的传输单位则是消息或报文(message)
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但这些名词并没有什么本质的区分,可以统称为数据包。
OSI 网络分层模型
Open System Interconnection Reference Model 开放式系统互联通信参考模型
OSI 模型分成了七层,部分层次与 TCP/IP 很像,从下到上分别是:
- 第一层:物理层
- 网络的物理形式,例如电缆、光纤、网卡、集线器等等;
- 第二层:数据链路层
- 它基本相当于 TCP/IP 的链接层;
- 第三层:网络层
- 相当于 TCP/IP 里的网际层;
- 第四层:传输层
- 相当于 TCP/IP 里的传输层;
- 第五层:会话层
- 维护网络中的连接状态,即保持会话和同步;
- 第六层:表示层
- 把数据转换为合适、可理解的语法和语义;
- 第七层:应用层
- 面向具体的应用传输数据。
TCP/IP网络分层模型与OSI网络分层模型
TCP/IP 等协议已经在许多网络上实际运行,再推翻重来是不可能的。所以,OSI 分层模型在发布的时候就明确地表明是一个“参考”,不是强制标准,意思就是说,“你们以后该干什么还干什么,我不管,但面子上还是要按照我说的来”。
OSI网络分层模型的优点
- OSI 模型也是有优点的。对比一下就可以看出,TCP/IP 是一个纯软件的栈,没有网络应有的最根基的电缆、网卡等物理设备的位置。而 OSI 则补足了这个缺失,在理论层面上描述网络更加完整。
- 还有一个重要的形式上的优点:OSI 为每一层标记了明确了编号,最底层是一层,最上层是七层,而 TCP/IP 的层次从来只有名字而没有编号。显然,在交流的时候说“七层”要比“应用层”更简单快捷,特别是英文,对比一下“Layer seven”与“application layer”。
- 在实际工作中这种说法只是“理论上”的层次,并不是与现实完全对应。
两个分层模型的映射关系
这样是有一定原因的。
- OSI 的分层模型在四层以上分的太细,而 TCP/IP 实际应用时的会话管理、编码转换、压缩等和具体应用经常联系的很紧密,很难分开。
- HTTP 协议就同时包含了连接管理和数据格式定义。
四层负载均衡
指工作在传输层上,基于 TCP/IP 协议的特性,例如 IP 地址、端口号等实现对后端服务器的负载均衡。
七层负载均衡
指工作在应用层上,看到的是 HTTP 协议,解析 HTTP 报文里的 URI、主机名、资源类型等数据,再用适当的策略转发给后端服务器。
有一个辨别四层和七层比较好的(但不是绝对的)小窍门,“两个凡是”:凡是由操作系统负责处理的就是四层或四层以下,否则,凡是需要由应用程序(也就是你自己写代码)负责处理的就是七层。
TCP/IP 协议栈的工作方式
可以把 HTTP 利用 TCP/IP 协议栈传输数据想象成一个发快递的过程。
- 假设想把一件毛绒玩具送给朋友,但要先拿个塑料袋套一下,这件玩具就相当于 HTTP 协议里要传输的内容,比如 HTML,然后 HTTP 协议为它加一个 HTTP 专用附加数据。
- 把玩具交给快递小哥,为了保护货物,他又加了层包装再贴了个标签,相当于在 TCP 层给数据再次打包,加上了 TCP 头。
- 接着快递小哥下楼,把包裹放进了三轮车里,运到集散点,然后再装进更大的卡车里,相当于在 IP 层、MAC 层对 TCP 数据包加上了 IP 头、MAC 头。
- 之后经过漫长的运输,包裹到达目的地,要卸货再放进另一位快递员的三轮车,就是在 IP 层、MAC 层传输后拆包。
- 快递员到了朋友的家门口,撕掉标签,去除了 TCP 层的头,朋友再拆掉塑料袋包装,也就是 HTTP 头,最后就拿到了玩具,也就是真正的 HTML 页面。
- 这个比喻里省略了很多 TCP/IP 协议里的细节,比如建连、路由、数据切分与重组、错误检查等,但核心的数据传输过程是差不多的。
- HTTP 协议的传输过程就是这样通过协议栈逐层向下,每一层都添加本层的专有数据,层层打包,然后通过下层发送出去。
- 接收数据则是相反的操作,从下往上穿过协议栈,逐层拆包,每层去掉本层的专有头,上层就会拿到自己的数据。
- 但下层的传输过程对于上层是完全“透明”的,上层也不需要关心下层的具体实现细节,所以就 HTTP 层次来看,它不管下层是不是 TCP/IP 协议,看到的只是一个可靠的传输链路,只要把数据加上自己的头,对方就能原样收到。
二层转发
设备工作在链路层,帧在经过交换机设备时,检查帧的头部信息,拿到目标mac地址,进行本地转发和广播
三层路由
设备工作在ip层,报文经过有路由功能的设备时,设备分析报文中的头部信息,拿到ip地址,根据网段范围,进行本地转发或选择下一个网关
CDN DNS
CDN 工作在应用层
DNS 协议位于应用层
http-note 笔记内容来自极客时间《透视HTTP协议》专栏--罗剑锋老师 努力学习 受益匪浅