Internet Layers
🌐 网络分层与数据传输详解
1. 网络分层概览¶
下表展示了网络通信中各层级的核心要素、协议数据单元及常见设备：
| 层次 | PDU | 常见协议 | 作用位置 |
|---|---|---|---|
| Application Layer（应用层） | Message（消息） | HTTP, SSH, FTP, SMTP/POP3/IMAP, DNS | 应用程序 |
| Transport Layer（传输层） | Segment（TCP） Datagram（UDP） |
TCP, UDP | 网络终端：电脑/手机等物联网设备 |
| Network Layer（网络层） | Packet（包） | IPv4, IPv6 | 路由器 |
| Link Layer（链路层） | Frame（帧） | Ethernet, Wi-Fi | 交换机 |
| Physical Layer（物理层） | Bit（比特流） | \ | 光纤/光缆 |
以下是网络传输的示意图
2. 实例解析：HTTP 与 TCP 的协作¶
HTTP协议是面向应用的（如浏览器与 Web 服务器），比如你现在通过浏览器应用，路由网址来获取我的这篇 blog 内容（不妨称之为 Message）来阅读。
其底层则是由 TCP协议 实现，也就是说应用发起了 HTTP 请求后，网络边缘（Edge Network）的操作系统会调用 TCP 协议栈来完成数据的封装、传输、确认等一系列操作。
3. 各层级详细处理流程¶
以下是数据从应用到物理介质的完整流转过程：
📤 应用层¶
- 生成 Message： 应用层产生要传输的数据。
🚚 传输层¶
- 可靠传输： 例如，TCP 确保数据不丢失、不重复，并按顺序传输。
- 数据分段： 将大块数据分割成较小的 segment，便于网络传输。
- 三次握手： TCP 使用三次握手建立和维护连接的可靠性。
- 流量控制： TCP 通过滑动窗口等机制进行流量控制。
- 错误检测： 传输层头部包含校验和，用于检测数据在传输过程中的错误。
🗺️ 网络层¶
- 路由： 确定数据包 Packet 从源到目的地的最佳路径。
- 寻址： 为数据包 Packet 添加源和目的 IP 地址。
- 分片和重组： 如果数据包大小超过 MTU，网络层会进行分片，并在接收端重组。
🔗 链路层¶
- 封装成帧： 将网络层的数据包封装成帧 Frame，并为帧添加头部和尾部信息。
- 存储转发： 网络设备（如交换机和路由器）存储接收完整的帧 Frame，检查无误后，再转发到下一个节点。
⚡ 物理层¶
- 信号转换： 链路层传递下来的帧被转换成比特流。这些比特通过信号转换器（如网络接口卡 NIC）转换成电信号、光信号或无线信号。
- 信号传输： 转换后的信号通过物理传输介质（如双绞线、光纤、无线电波等）传输。
- 信号接收： 在接收端，物理层设备（如 NIC）接收到信号后，将其转换回比特流。
- 信号检测： 物理层还会检测信号的质量，以确保比特流在传输过程中没有受到过多的干扰或损坏。
- 比特流传递： 一旦信号被转换回比特流，并且通过了质量检测，物理层就会将这些比特流传递给链路层，以便进一步处理。