tcp硬件校验和rx&tx开启是啥意思_一文读懂 TCP/IP 网络模型

前言

互联网是怎么构成的，又是怎么运作的？什么面试官老喜欢问 TCP/IP 网络？为什么远隔万里的计算机可以互相通信？计算机网络作为 IT 行业的基石，是工程师永远绕不开的话题。

网络的分层体系结构

计算机网络是一个非常庞大且复杂的系统，所以在设计之初就严格遵守着「分层」的设计理念。分层将庞大的问题细分为了若干个局部的小问题，具有下列好处：

• 分层隔离
• 灵活性好
• 易于实现和维护
• 能促进标准化工作

其中「标准化」是促进互联网全球化的关键，在计算机网络领域，你会听说到各种各样的协议，这些都是标准化的结果。试想，如果每个网卡厂商都使用了不同的网线接口风格，那无疑是一个灾难。

主流网络分层体系结构有两种：

• OSI(Open Systems Interconnection Reference Model，开放系统互联基本参考模型)，就是常说的七层网络模型。
• TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网协议)四层网络模型，也有人愿意归为 “五层网络模型”，以其中最重要的 TCP 协议和 IP 协议命名。

值得一提的是，由国际化标准组织制定的 OSI 模型，本来是最应该在全球范围内推广的网络模型，不过因为 OSI 的设计过于理想不合实际，再加上当时应用 TCP/IP 模型的因特网(Internet)已经覆盖了全球大部分地区。种种原因，导致 OSI 并没有取得市场化的成功，仅仅是获得了理论上的研究成果。而 TCP/IP 模型则被作为了事实上的国际标准。

TCP/IP 网络模型

请注意，计算机网络的分层体系结构虽然是抽象的，但实现则是具体的。

上图展示了 HTTP 应用数据在主机间传输的过程，首先自上而下、宏观的来看数据在分层网络模型里的流转。

• 应用层的 “HTTP 数据” 是实际需要被传输的数据
• “HTTP 数据” 被下发到传输层，并添加上 TCP 首部成为传输层的 PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)，称作数据段(Segment)。
• 数据段再被下发到网络层，添加了 IP 首部后成为网络层的 PDU，称作数据包(Packet)。
• 数据包再被下发到数据链路层添加了 Ethernet 首部后得到的 PDU 被称为数据帧(Frame)。
• 数据帧最后被下发到物理层，以 01 电信号(比特数据位)的形式在物理介质中传输。

TCP/IP 的每个层级都依赖于下层支撑，越往上就离用户越近，反正则离硬件越近。从上至下，不断为应用数据附加首部的过程称为封装，从下至上不断解析首部的过程则称为解封装。

最终在物理层传输的数据帧如上图所示，含有多个首部(Head)，它们具有不同的数据结构和功能，服务于数据传输的可行性。学习计算机网络，其实就是学习各式 Head 的功能，学习每一层的核心协议以及它所解决的问题。下面继续自下而上的对数据帧进行解析，深入各层级的实现细节。

物理介质层

物理介质是连接网络终端设备(计算机、交换机、路由器)的物理手段，最常见的有网线(双绞线)，除此还有光纤、无线电波等。不同的物理介质决定了电信号传输的距离、带宽、速率、抗干扰能力等性能参数。

所以物理介质层主要解决的问题是：

• 规范了网络终端设备之间的电气、机械、流程和功能等方面的要求
• 规范了电频、速率、最大传输距离和物理接口等特征

物理层所带来的最直观的好处就是，我们可以使用同一根网线插进任何品牌的计算机上。

数据链路层

上文提到，数据实际会以电信号的形式在物理介质中传输，不过单纯的 01 数字显然是没有价值的，需要为电信号进行分组和排序，以特有的组织方式来赋予其特定的含义。数据链路层为了解决这个问题先后提出过包括有 Ethernet v.2、IEEE 802.2、Internetwork 在内的多种协议，其中又以 Ethernet 协议占据主导地位。

Ethernet 协议，即以太网协议，规定了电信号的分组方式。一组电信号称为一个数据帧，数据帧又由帧首、数据和帧尾三部分组成。发送方通过物理介质把数据帧发送给接收方，接收方接收到一组电信号，就会认为是接收到了一个数据帧。