一、網絡體系結構分層概述

本周課程重點圍繞網絡分層模型展開。網絡通信的復雜性決定了必須采用分層設計思想，將龐大問題分解為多個相對獨立的子問題。分層模型的核心優勢在于各層之間通過接口提供服務，層內實現細節對其他層透明，極大地提高了系統的模塊化、可維護性和互操作性。

二、OSI參考模型（七層模型）

OSI（Open Systems Interconnection）模型由ISO提出，是一個理論上的標準框架，共分七層：

1. 物理層：負責在物理媒介上透明傳輸原始比特流，定義機械、電氣、功能和規程特性。如網線、光纖、中繼器、集線器工作于此層。
2. 數據鏈路層：在相鄰節點間提供可靠的數據幀傳輸。主要功能包括成幀、物理編址、差錯控制（CRC）、流量控制和介質訪問控制（MAC）。交換機工作于此層。
3. 網絡層：負責將數據包從源主機跨越多個網絡送達目的主機，核心功能是邏輯尋址（如IP地址）和路由選擇。路由器是此層的典型設備。
4. 傳輸層：提供端到端（進程到進程）的可靠或不可靠數據傳輸服務。關鍵概念包括端口號、連接管理、流量控制和差錯恢復。TCP和UDP協議屬于此層。
5. 會話層：負責建立、管理和終止應用程序之間的會話（Session）。
6. 表示層：處理數據表示問題，如數據加密/解密、壓縮/解壓縮、格式轉換（如ASCII與EBCDIC碼轉換）。
7. 應用層：為用戶應用程序提供網絡服務接口，如HTTP、FTP、SMTP、DNS等協議。

三、TCP/IP四層模型（實踐標準）

TCP/IP模型是互聯網的實際標準，更為精簡，共四層：

1. 網絡接口層：對應OSI的物理層和數據鏈路層，負責在本地網絡上傳送幀。
2. 網際層：對應OSI的網絡層，核心協議是IP（Internet Protocol），負責尋址和路由。配套協議有ICMP（控制報文）、IGMP（組管理）、ARP（地址解析）等。
3. 傳輸層：與OSI傳輸層對應，提供端到端通信。主要協議：

• TCP：面向連接、可靠的字節流服務。通過三次握手建立連接，提供流量控制、擁塞控制和重傳機制。

• UDP：無連接、不可靠的數據報服務。開銷小、延遲低，適用于實時應用或簡單查詢。

1. 應用層：對應OSI的會話層、表示層和應用層，將OSI高三層功能合并。包含了所有高層協議，如HTTP、FTP、DNS、SMTP、SSH等。

兩者對比：OSI模型概念清晰，但復雜且未完全實現；TCP/IP模型簡單實用，是互聯網基石，但接口與協議綁定較緊。通常教學和實踐中采用一種五層混合模型（物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層）來綜合理解。

四、協議、服務與接口

• 協議：對等層實體間通信規則的集合，定義了格式、順序以及發送/接收動作（語法、語義、時序）。是“水平的”。
• 服務：下層為相鄰上層提供的功能操作，通過服務訪問點實現。服務原語包括請求、指示、響應、證實。是“垂直的”。
• 接口：相鄰層之間交換信息的邊界，定義了上層如何訪問下層的服務。

五、封裝與解封裝過程

數據在發送端自上而下傳遞時，每一層都會在上一層數據前加上本層的控制信息（頭部，數據鏈路層還有尾部），這個過程稱為封裝。接收端則自下而上逐層去掉頭部，進行解封裝。

1. 應用層生成報文。
2. 傳輸層加上TCP/UDP頭部，形成段。
3. 網絡層加上IP頭部，形成包。
4. 數據鏈路層加上幀頭（含MAC地址）和幀尾（CRC校驗），形成幀。
5. 物理層將幀轉換為比特流在介質上傳輸。

理解這一過程對于網絡故障排查和協議分析至關重要。

六、本周實驗與思考

實驗環節：使用Wireshark抓包工具捕獲并分析HTTP/TCP流量，觀察TCP三次握手、HTTP請求/響應報文結構以及四層報文封裝格式。

關鍵思考題：
1. 為什么網絡架構需要分層？不分層會帶來什么問題？
2. TCP和UDP的主要區別是什么？分別舉出最適合使用它們的應用場景。
3. 描述從在瀏覽器輸入網址到頁面顯示，大致經歷了哪些協議和過程？（可結合后續課程深化）

****：本周內容是理解整個計算機網絡工程的基石。掌握分層思想、各層核心功能以及TCP/IP協議族中主要協議的特點，是后續學習路由交換、網絡安全和應用開發的基礎。務必理解封裝解封裝這一核心數據流動過程。