时至今日，互联网已经是大家日常生活中不可或缺的一部分，购物、点餐、刷剧、网课，已经融入了我们生活的方方面面。但网络具体是怎么工作的呢？ 特别是我们具体从事软件研发、ICT行业的同学，理解和掌握这个我们产品运行的基础设施尤为必要。
本文，我们会力争用最简单易懂的方式，弄清网络协议的地基：OSI七层模型 和 TCP/IP四层模型
网络的起源
要说 OSI 七层模型，我们首先还是要回顾下网络技术本身的发展和渊源。
现今的网络技术，其实最初是军事目的，萌芽于美苏争霸的冷战背景下。1957 年苏联成功发射第一颗人造卫星，引起美国恐慌，并成立了APRA（Advanced Research Project Agency，美国国防部高级研究计划局）。
1961 年，苏联又成功试射了 R-16 洲际导弹，使核打击美国本土成为可能。为了应对可能来临的攻击，美国国防部授权 APRA 研发一种 “分布式”的军事指挥系统。
1966年，这个系统的雏形，被命名为 ARPANET （阿帕网），它也就是现代互联网的前身。
1969年，美国国防部正式对 ARPANET 开始商业招标，BBN公司中标，并在同年组建了研发中心。
1969年底，第一个 ARPANET 诞生，将加利福尼亚州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学四所大学的 4 台大型计算机进行了互联。人类社会开始进入 “网络时代”。
在 ARPANET 的继续演进过程中，网络协议的需求被提出，以解决不同节点间的信号识别问题。最开始建立的网络协议叫 NCP （net control protocol）
1977年，为了解决 NCP 本身要求同构系统的缺点，以及支持的主机数量有限，提出了传输控制协议 TCP V1和V2版本。
1978年，TCP V3版本基于分层思想，将原先的协议分为了TCP协议和IP协议。前者负责可靠传输，后者负责寻址互联。并进一步演进到稳定的V4版本。
到1984年，美国国防部将 ARPANET 划分为军用和民用两部分。Internet 至此诞生
同样在1984年，为了解决不同系统间的互操作问题，国际标准化组织 ISO， 提出了 OSI （Open System Interconnect）开放系统互联模型，并大力推广。
与此同时，Unix操作系统中捆绑了TCP/IP协议，并随着Unix系统的推广流行，TCP/IP被后续各种操作系统支持，TCP/IP的四层模型成为在实际中被采用更多的实现。
但 OSI 七层模型和 TCP/IP 四层模型虽然定义不同，但基本上是可以匹配对应的。OSI 模型更偏理论，TCP/IP则实际采用更多。
OSI七层网络模型
下面我们来具体说明 OSI 七层模型是如何划分，每一层具体的作用和它所处的角色。
物理层
现代计算机网络技术的基础，其实最底层还是数字电路技术。也就是将电磁波形信号中的电压位对应的高电平信号和低电平信号，处理为二进制中的1和0。也就是二进制中的位 Bit。 我们在电脑、手机上的各种操作，最后通过网络传送出去的，最终实际上就是一连串的二进制信号bits，也就是比特流。
所以物理层的作用，处理的就是物理意义上的连通，通过网卡、网线，或者光纤、无线电磁波信号等，把我们当前使用的设备，跟目标主机之间的通信通道建立起来。通过这个通道，把比特流传导到对端。
数据链路层
但是比特流只是一串二进制的信号，这串信号要发去哪里，物理层其实是不知道的。这就是数据链路层的作用了：
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在这一层，首先会把二进制的比特流，以8位一组转换为字节（1个字节对应8位），字节也就是我们计算机存储的基本单位。 按字节分组组织好的数据，定义上把这个叫做帧（frame）。链路层的第一个作用，是对数据进行重组，将比特转换为帧。
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另一个链路层的关键作用，还包括MAC地址的添加。用来标记要发送的数据去到哪里。 这里的mac地址，也叫网络物理地址，是我们每一个网卡，在网卡出厂的时候就被烧录进去的一个唯一地址，不可变更。通过这个唯一的地址，我们就能知道这个数据具体是要发给谁的。就像写信时我们要有个地址一样，这样信件才能知道发到哪里。 但是一开始如果并不知道通过物理层连接的这个设备的mac地址， 就还需要寻址。 寻址是通过寻址协议（ARP），先发送一个广播消息，带上自己的mac地址和从网络层拿到的IP地址，在当前网络中询问要访问的目标IP对应的MAC地址。而对应的目标，在收到广播消息后，就会根据收到消息中的源mac地址，将自己的mac地址发送给他，这样，原来的发送方拿到目标mac地址后，就能够完成数据帧的封装，并根据地址进行正确的传递。
这一层中，通常会存在二层交换机在当前网络中，用来进行消息的转发。
所以数据链路层的主要作用就是帧的封装，以及mac寻址。（而通过交换机，还能完成一些差错检测和纠正，以及流量控制的目的）
网络层
在链路层我们说的寻址，是要在同一个网络下，通过广播喊上一嗓子，对方能够收到，然后才能把mac地址告诉你。但实际中我们访问互联网，目标服务器和自己相隔十万八千里，这时要怎么找到对方并完成通信呢？
这时就有了不同网络的概念，互联网实际上是由大大小小各种各样不同的网络构成的。在不同网络之间完成通信，你的数据可能会经过很多个不同网络的计算机才能到达对端，同时我们还要找出最快速的路径来让传输的效率更高。
所以，我们的电脑要联网，其实都有一个IP地址，相对mac地址对应物理地址，IP地址是逻辑地址。ip地址按照IP协议定义，我们目前常用的是IPV4，也就是我们常见的四段十进制点分数字（形如192.168.101.11这样），对应到二进制，它实际是一个32位的二进制数串。 当然，现在因为IPV4地址已经用尽，目前网络IP也在向128位的IPV6转化，但相当长时间内，IPV4还是会继续使用。
在这32位的IP中，会同时标明当前电脑所在的网络号和主机号。而区分网络号和主机号，是IP地址中子网掩码的作用（具体IP协议的梳理理解，我们后续文章再总结）
而这里就是网络层的主要作用，会把IP地址封装到数据包中，也就是这一层经过封装的数据叫做包（package）。会包括源IP和目标IP，经过下一层链路层的继续封装，补上MAC地址，就会发送到当前网络的默认网关（也就是默认路由），默认网关收到这个包后，如果发现目标地址不是当前网络的，会通过保存的路由表来选择最优的路径来进行数据包的路由转发。经过一系列的转发，终于到达目标网络，再由目标网络的网关将收到的这个数据包，转换成帧，最后转发给目标主机。
所以，网络层，主要是完成数据包的封装并进行路由转发。在整个网络通信过程中，极为关键的一层。
传输层
之前几层我们讨论的数据传输是从主机到主机，但我们在计算机上运行着很多不同的程序，听着歌，开着QQ，打着游戏… 这些不同的程序都会产生网络通信，那这些传输的数据都怎么正确区分，让不同程序处理各自所需要的数据呢？
这就是传输层要做的。操作系统会通过端口来对应不同的应用程序，不同应用对应的数据，加上它对应的端口封装起来，这样封装的数据叫做段（segment）。 在段中主要就是添加上了源端口，和目的端口。 此外，段的作用，还有一点，就是应用要处理的数据可能会比较多，要保证数据处理的连贯性和完整性，不可能等所有数据都拿到以后再一次性处理，所以传输层还有个作用就是将数据进行分割，一段一段来传输。在传输层有有两个最重要的协议，一个是TCP（Transmission Control Protocol）、一个是UDP（User Datagram Protocol）。主要是完成对数据进行分段、排序、重组。
会话层
从这一层向上，是OSI模型中的上三层，主要是程序层面的处理。在TCP/IP模型中，这三层统一看作一层。
会话层的作用是建立两端通信实体之间的连接，负责通信过程中认证、鉴权以及检查点记录，以便在会话意外中断时还能够继续传输数据。如会话保持、登录信息的记录，断点记录等。
表示层
表示层，主要是为了消除通信两端不同系统之间的一些差异，负责数据的表示和编解码，实现不同系统之间的数据格式转换和表示方式的统一。通俗地说就是完成两个系统翻译部分的工作。另外还包括像数据的加密和压缩、瘦身，也是定义在这一层来完成。
应用层
应用层是我们平时使用各种应用时直接接触的一层。主要负责对用户的操作进行处理，完成用户的应用需求。 比如最常用的互联网协议http协议就在这一层。此外还有像邮件协议SMTP、POP3、文件传输协议FTP、远程登录协议telnet等，都是属于应用层。
用一张图来体现数据在各层的传递如下图
对OSI模型的通俗理解
以上是从技术原理层面对这个模型进行的分析。 如果用一个我们生活中的例子来类比，会更方便理解：
双十一到了，要买一个心心念念的笔记本
- 首先各种比价，找到一个平台，性价比满意，决定在这个平台购买。 这里这个平台，其实就是应用层，满足购物需求。（应用层：具体的应用服务）
- 下完订单，卖家在发货前，肯定会把电脑以及各种配件、赠品重新打包好，确保到你手上时没有损坏。那这个打包、保护的过程，就相当于表示层的工作。（表示层：数据编解码，格式化）
- 在你下订单前，可能还会联系客服，确认赠品，备注发货时间，挑选颜色这些，这个跟客服沟通的过程，就是会话层 （会话层：维持双方的沟通通道）
- 确认无误，商家给你发货，这时要有一个快递公司负责送货，这个快递公司是顺丰或者四通一达，目的都是负责把笔记本安全按时交到你手上。 这里快递公司的作用就是传输层。（传输层：负责数据的可靠传递）
- 快递公司怎么送货呢？当然要知道商家地址和买家地址，并根据地址选择最优路径的快递员取货、送货，这就是网络层 （网络层：负责逻辑寻址和路由）
- 买的笔记本从卖家那里送到了自己所在的区域站点了，这时还会有个快递小哥送货上门，通常都会打个电话，联系你是不是在家。通过电话确定你的具体位置，相当于物理寻址。这是数据链路层 （链路层：物理寻址并传递数据帧）
- 最后，整个送货的过程中，会用到卡车、送货面包车、小哥的三轮和双腿，这就是物理层，具体的交通工具 （物理层：物理介质传递比特流）
通过这样的类比，我们是不是就比较清楚 OSI 七层模型具体怎么工作了呢？