分层概念

网络协议是分层的，分层的概念类似于函数封装，不断提供更高级更抽象的接口，最后提供给客户使用。对于分层协议而言，整个协议共同完成一件事情，每个层次基于本层或低层接口完成本层次的功能并对更高级的层次提供接口，即对于每个层次而言，有以下两个主要功能：

• 对高级提供接口：将本层次的功能封装，供高层调用
• 实现本层功能：在本层中实现功能，一般通过调用低层提供的接口实现（最底层除外）

举一个例子，若要实现计算器计算的功能，我们实现一个计算器协议，其分为以下几个层次：

1. 用户输入层：最高层，为用于提供数据输入方式和结果输出方式，实现用户输入与逻辑语言的相互转换
2. 逻辑编译层：中间层，将逻辑语言转换为硬件可以实现的代码，实现计算，将结果转为逻辑语言
3. 硬件层：最底层，实现代码的计算和结果的输出

假设厂商基于计算器协议构建了一个手写计算器，当用户需要进行1+1的运算时，以手写的方式输入计算需求，即一张手写图片，随后用户输入层将这个手写图片转换为逻辑语言R=1+1，调用逻辑编译层进行实现；逻辑编译层将其转换为汇编代码ADD R 1 1，调用硬件层进行实现；硬件层运行汇编代码得出结果R为2，并将结果反馈给逻辑编译层；逻辑编译层接收硬件层的结果并将其返回给用户输入层；用户输入层将结果转为手写数字2反馈给用户。

level.png

这种分层协议的好处在于分层之间相互独立，仅有接口上的联系，可以进行方便的替换。以上述计算器协议为例，用户输入层可以使用触屏，也可以使用键盘，只需要将输入（触屏输入或键盘输入）转为统一格式的逻辑语言即可；在逻辑编译层也可以使用不同的编译软件，只需要输入和输出格式接口相同即可；硬件层亦然，可以使用AMD的cpu也可以使用Intel的cpu，只需要提供给逻辑编译层相同的接口即可。层与层之间相互独立，层层抽象。

TCP/IP分层

TCP/IP分层脱胎于OSI分层，以上两个分层如下图所示：

tcpip_level.png

OSI分层共分为7层，TCP/IP模型共分为5层，首先考虑OSI分层，并以联机对战中的一个操作为例，即控制某个人物向指定的方向释放出一个指定的技能（实际游戏会不同）：

• 应用层：为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。在例子中，用户A按下技能快捷键，并点击鼠标，向某个方向释放出一个技能，在应用层，这一操作被打包为一个json数据包，组成为技能编号和释放方位。
• 表示层：主要负责数据格式的转换。将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。例子中，将应用层产生的json包编码为一个byte流。
• 会话层：负责确定何事建立和断开通信连接（数据流动的逻辑通路），以及数据的分割等数据传输相关的管理。例子中，会话层接收到表示层产生的byte流，调用低层的接口建立与用户B会话层的通信连接，将byte流传递给用户B，但是若用户A的技能处于无法释放的状态，则会话层负责等待到技能可以释放时，再建立连接发送数据。
• 传输层：实际进行建立的层次，同时起着可靠传输的作用。当会话层决定建立连接时，传输层负责建立连接的具体事务，其建立连接并确保有效传输。例子中，若网络传输过程中byte流发生数据缺失，用户B的传输层会通知用户A的传输层再发送一次数据。
• 网络层：将数据传输到目标地址。例子中，即将byte流从用户A的主机发送到用户B的主机。
• 数据链路层：负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。例子中，即将负责将数据从一个节点发送到另一个节点。
• 物理层：负责0、1比特流（0、1序列）与电压的高低、光的闪灭之间的互换。例子中，若两个节点之间使用光纤通信，则负责光电信号的转换。

对于TCP/IP的分层，将OSI中的应用层、表示层和会话层统一为应用层，因此5层分组和对应的协议举例有：

• 应用层：HTTPS、HTTP、FTP、SSH等
• 传输层：TCP、UDP等
• 网络层：IPv4、IPv6等
• 数据链路层和物理层：以太网、IEEE 802.11等

对于数据链路层和物理层，其功能为将数据从一个节点发送到一个相邻的节点；对于网络层，其功能为将数据从一个主机发送到另一个主机（可能跨越很多个节点，不关心是否出错）；对于传输层，要保证数据无错误的从一个主机发送到另一个主机，传输层协议一次传输可能调用网络层传输多次；应用层位用户最终接触到的协议，实现具体功能，例如HTTPS实现网页访问，FTP实现数据传输，如下图所示：

tcpip_level_stream.png