一、网络体系结构分层概述

本周课程重点围绕网络分层模型展开。网络通信的复杂性决定了必须采用分层设计思想，将庞大问题分解为多个相对独立的子问题。分层模型的核心优势在于各层之间通过接口提供服务，层内实现细节对其他层透明，极大地提高了系统的模块化、可维护性和互操作性。

二、OSI参考模型（七层模型）

OSI（Open Systems Interconnection）模型由ISO提出，是一个理论上的标准框架，共分七层：

1. 物理层：负责在物理媒介上透明传输原始比特流，定义机械、电气、功能和规程特性。如网线、光纤、中继器、集线器工作于此层。
2. 数据链路层：在相邻节点间提供可靠的数据帧传输。主要功能包括成帧、物理编址、差错控制（CRC）、流量控制和介质访问控制（MAC）。交换机工作于此层。
3. 网络层：负责将数据包从源主机跨越多个网络送达目的主机，核心功能是逻辑寻址（如IP地址）和路由选择。路由器是此层的典型设备。
4. 传输层：提供端到端（进程到进程）的可靠或不可靠数据传输服务。关键概念包括端口号、连接管理、流量控制和差错恢复。TCP和UDP协议属于此层。
5. 会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话（Session）。
6. 表示层：处理数据表示问题，如数据加密/解密、压缩/解压缩、格式转换（如ASCII与EBCDIC码转换）。
7. 应用层：为用户应用程序提供网络服务接口，如HTTP、FTP、SMTP、DNS等协议。

三、TCP/IP四层模型（实践标准）

TCP/IP模型是互联网的实际标准，更为精简，共四层：

1. 网络接口层：对应OSI的物理层和数据链路层，负责在本地网络上传送帧。
2. 网际层：对应OSI的网络层，核心协议是IP（Internet Protocol），负责寻址和路由。配套协议有ICMP（控制报文）、IGMP（组管理）、ARP（地址解析）等。
3. 传输层：与OSI传输层对应，提供端到端通信。主要协议：

• TCP：面向连接、可靠的字节流服务。通过三次握手建立连接，提供流量控制、拥塞控制和重传机制。

• UDP：无连接、不可靠的数据报服务。开销小、延迟低，适用于实时应用或简单查询。

1. 应用层：对应OSI的会话层、表示层和应用层，将OSI高三层功能合并。包含了所有高层协议，如HTTP、FTP、DNS、SMTP、SSH等。

两者对比：OSI模型概念清晰，但复杂且未完全实现；TCP/IP模型简单实用，是互联网基石，但接口与协议绑定较紧。通常教学和实践中采用一种五层混合模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）来综合理解。

四、协议、服务与接口

• 协议：对等层实体间通信规则的集合，定义了格式、顺序以及发送/接收动作（语法、语义、时序）。是“水平的”。
• 服务：下层为相邻上层提供的功能操作，通过服务访问点实现。服务原语包括请求、指示、响应、证实。是“垂直的”。
• 接口：相邻层之间交换信息的边界，定义了上层如何访问下层的服务。

五、封装与解封装过程

数据在发送端自上而下传递时，每一层都会在上一层数据前加上本层的控制信息（头部，数据链路层还有尾部），这个过程称为封装。接收端则自下而上逐层去掉头部，进行解封装。

1. 应用层生成报文。
2. 传输层加上TCP/UDP头部，形成段。
3. 网络层加上IP头部，形成包。
4. 数据链路层加上帧头（含MAC地址）和帧尾（CRC校验），形成帧。
5. 物理层将帧转换为比特流在介质上传输。

理解这一过程对于网络故障排查和协议分析至关重要。

六、本周实验与思考

实验环节：使用Wireshark抓包工具捕获并分析HTTP/TCP流量，观察TCP三次握手、HTTP请求/响应报文结构以及四层报文封装格式。

关键思考题：
1. 为什么网络架构需要分层？不分层会带来什么问题？
2. TCP和UDP的主要区别是什么？分别举出最适合使用它们的应用场景。
3. 描述从在浏览器输入网址到页面显示，大致经历了哪些协议和过程？（可结合后续课程深化）

****：本周内容是理解整个计算机网络工程的基石。掌握分层思想、各层核心功能以及TCP/IP协议族中主要协议的特点，是后续学习路由交换、网络安全和应用开发的基础。务必理解封装解封装这一核心数据流动过程。