第 1 章 · 网络概述与分层

分层把传输、寻址、路由、可靠性、安全等问题拆开：每层只解决自己的问题，向上提供服务、向下屏蔽细节。

1.1 OSI 七层 vs TCP/IP 四层

OSI 是 ISO 提出的理想参考模型（七层），TCP/IP 是现实中实际运行的协议栈（四层，教学常按五层讲）。

层	OSI（7 层）	TCP/IP（4 层）	常见协议/设备
7	应用层	应用层	HTTP、DNS、SMTP、DHCP
6	表示层	（并入应用层）	加密、编码、压缩
5	会话层	（并入应用层）	会话建立/管理
4	传输层	传输层	TCP、UDP
3	网络层	网络层	IP、ICMP、路由器
2	数据链路层	网络接口层	以太网、MAC、交换机
1	物理层	网络接口层	网线、光纤、集线器

对比：OSI 先有模型后有协议，5/6/7 三层几乎从不单独实现；TCP/IP 把它们合并成一层。OSI 胜在概念清晰，TCP/IP 胜在简单落地。

1.2 分层思想：服务、接口、协议

服务（service）：本层向上层提供的能力（「我能做什么」），如传输层提供「可靠的字节流」。
接口（interface）：上下层之间交互的方式（「怎么调用我」），如 socket 就是应用层到传输层的接口（见第 9 章）。
协议（protocol）：对等层之间通信的规则（「同一层怎么对话」），如 TCP 规定报文格式与握手流程（见第 4 章）。

层与层之间是「垂直」调用（服务/接口），对等层之间是「水平」对话（协议）。数据在物理介质上流动，但逻辑上只有对等层在互相理解——这叫对等层通信。

1.3 封装与解封装

发送端每层加本层头部（可能还有尾部）= 封装（encapsulation）；接收端逐层剥掉 = 解封装（decapsulation）。

应用层:      [ HTTP 数据 ]
传输层:   [ TCP 首部 | HTTP 数据 ]              ← 段 segment
网络层: [ IP 首部 | TCP 首部 | HTTP 数据 ]       ← 包 packet
链路层: [ 帧头 | IP 首部 | ... | 帧尾 ]          ← 帧 frame
物理层: 0101101001...（比特流）                  ← 比特 bit

每层头部只被对等层解读：TCP 首部只有对端 TCP 读，IP 首部只有对端 IP 读。
上层数据对下层是不透明的负载（payload）——路由器只看到 IP 首部，不关心里面是 TCP 还是 UDP。

1.4 为什么分层

解耦：改物理介质（双绞线换光纤）不影响 HTTP；改应用不影响链路层。
简化设计：每个协议只解决一层的问题。
互操作性：遵守同一层协议，不同厂商设备就能互通。
可演进：可单独替换某一层（如 IPv4 → IPv6，见第 5 章）。

代价是冗余与性能损耗——每层加头 + 层间拷贝；极端性能场景（内核旁路、RDMA）会「绕过分层」。