面试官：你背诵一下，OSI七层网络模型

今天我们来聊聊网络协议。

1. OSI模型

网络协议是网络中两台计算机之间传输数据的标准语言。各种计算机系统使用 OSI（Open Systems Interconnection）模型规定的标准相互通信。OSI 模型有七个抽象层，每个层都有不同的职责和协议。

下图显示了 OSI 模型中每一层的功能。每一层都为其上层提供一类功能，并由其下层为其提供服务。

应用层

应用层最接近终端用户。大多数应用程序都位于这一层。我们从后端服务器请求数据，无需了解数据传输的具体细节。这一层的协议包括 HTTP、SMTP、FTP、DNS 等。

表现层

这一层处理数据编码、加密和压缩，为应用层准备数据。例如，HTTPS 利用 TLS（Transport Layer Security）实现客户端与服务器之间的安全通信。

会话层

该层用于打开和关闭两个设备之间的通信。如果数据量较大，会话层就会设置检查点，避免从头开始重新发送。

传输层

该层处理两个设备之间的端到端的通信。它在发送方将数据分解成段，然后在接收方重新组装。这一层有流量控制，以防止拥塞。这一层的主要协议是 TCP 和 UDP。

网络层

这一层实现不同网络之间的数据传输。它进一步将网段或数据报分解成更小的数据包，并使用 IP 地址找到通往最终目的地的最佳路由。

数据链路层

这一层允许在同一网络的设备之间传输数据。数据包被分解成帧，这些帧被限制在局域网内。

物理层

这一层通过电缆和交换机发送比特流，因此与设备之间的物理连接密切相关。

与 OSI 模型相比，TCP/IP 模型只有 4 层。在讨论网络协议的层次时，必须明确上下文。

2. OSI 封装

既然我们已经了解了每一层的职责，那就让我们用下图来总结一下数据传输过程。这就是所谓的封装（encapsulation）和去封装（decapsulation）。封装是指在数据向目的地传输的过程中为数据添加报头。解封装会移除这些报头，以获取原始数据。

步骤 1：

当设备 A 使用 HTTP 通过网络向设备 B 发送数据时，最初会在应用层添加一个 HTTP 报头。

步骤 2：

在数据中添加 TCP 或 UDP 报头。它在传输层被封装成 TCP 段。报头包含源端口、目的端口和序列号。

步骤 3：

然后在网络层用 IP 报头对这些段落进行封装。IP 报头包含源 IP 地址和目的 IP 地址。

步骤 4：

在数据链路层为 IP 数据报添加 MAC 报头，其中包含源 MAC 地址和目的 MAC 地址。

步骤 5：

封装帧被发送到物理层，并作为比特流在网络上发送。

步骤 6-10：

设备 B 从网络接收到比特流后，会启动去封装过程，这与封装过程相反。报头逐层去除，直到设备 B 可以访问原始数据。

请注意，每一层都使用报头来处理指令，而不需要解封上一层的数据。

3. 常用网络协议

下面的动图展示了常用的一些网络协议及其使用场景。

HTTP

HTTP 是一种用于获取 HTML 文档等资源的协议。它是网络数据交换的基础，也是一种客户端-服务器协议。

HTTP/3

HTTP/3 是 HTTP 的下一个重要修订版本。它在 QUIC 上运行。QUIC 是一种新的传输协议，专为移动互联网而设计。它依赖于 UDP 而不是 TCP，这使得网页响应速度更快。VR 应用程序需要更多带宽来迅速呈现虚拟场景的复杂细节，因此迁移到由 QUIC 支持的 HTTP/3 会从中受益。

HTTPS

HTTPS 扩展了 HTTP，并使用加密技术实现安全通信。

WebSocket

WebSocket 是一种通过 TCP 提供全双工通信的协议。客户端通过建立 WebSocket 从后端服务接收实时更新。与总是 "拉取 "数据的 REST 不同，WebSocket 可以 "推送 "数据。在线游戏、股票交易和消息应用程序等都利用 WebSocket 进行实时通信。

TCP

TCP 设计用于在互联网上发送数据包，确保数据和信息在网络上成功传递。许多应用层协议都建立在 TCP 协议之上。

UDP

UDP 直接向目标计算机发送数据包，无需先建立连接。UDP 通常用于对时间敏感的通信，因为这种情况下偶尔丢弃数据包比等待更好。语音和视频应用通常使用此协议发送数据。

SMTP

SMTP 是一种标准协议，用于将电子邮件从一个用户传输到另一个用户。

FTP

FTP 用于在客户端和服务器之间传输计算机文件。它有独立的控制通道和数据通道连接。

我们来把这些网络协议放到分布式系统中看看它们的典型应用。