05 | 常说的“四层”和“七层”到底是什么？“五层”“六层”哪去了？

2019-06-07 Chrono
《透视 HTTP 协议》
课程介绍


讲述：Chrono

时长:大小13.63M


在上一讲中，我简单提到了 TCP/IP 协议，它是 HTTP 协议的下层协议，负责具体的数据传输工作。并且还特别说了，TCP/IP 协议是一个“有层次的协议栈”。
在工作中你一定经常听别人谈起什么“四层负载均衡”“七层负载均衡”，什么“二层转发”“三层路由”，那么你真正理解这些层次的含义吗？
网络分层的知识教科书上都有，但很多都是“泛泛而谈”，只有“学术价值”，于是就容易和实际应用“脱节”，造成的后果就是“似懂非懂”，真正用的时候往往会“一头雾水”。
所以，今天我就从 HTTP 应用的角度，帮你把这些模糊的概念弄清楚。

TCP/IP 网络分层模型

还是先从 TCP/IP 协议开始讲起，一是因为它非常经典，二是因为它是目前事实上的网络通信标准，研究它的实用价值最大。
TCP/IP 当初的设计者真的是非常聪明，创造性地提出了“分层”的概念，把复杂的网络通信划分出多个层次，再给每一个层次分配不同的职责，层次内只专心做自己的事情就好，用“分而治之”的思想把一个“大麻...

展开全文
© 版权归极客邦科技所有，未经许可不得传播售卖。 页面已增加防盗追踪，如有侵权极客邦将依法追究其法律责任。

精选留言

  • 火车日记
    2019-06-07
    1 二层转发：设备工作在链路层，帧在经过交换机设备时，检查帧的头部信息，拿到目标mac地址，进行本地转发和广播 2 三层路由：设备工作在ip层，报文经过有路由功能的设备时，设备分析报文中的头部信息，拿到ip地址，根据网段范围，进行本地转发或选择下一个网关 3 dns，网络请求的第一步是域名解析，所以工作在应用层 4 cdn，应用层

    作者回复: ✔️

    共 4 条评论
    160
  • 壹笙☞漂泊
    2019-06-10
    课后题 1、二层转发：二层应该指数据链路层，工作在二层的设备，通过查找到目标MAC地址，进行数据转发 三层路由：三层应该指网络层，工作在三层的设备，通过解析数据包头信息，找到目标IP地址，转发数据 2、DNS处于应用层 3、CDN处于应用层 总结： 1、TCP/IP协议是一个“有层次的协议栈” TCP/IP 2、TCP/IP协议总共有四层，顺序从下往上 链接层->网际层->传输层->应用层 3、链接层 link layer ，负责在底层网络上发送原始数据包，使用MAC地址来标记网络上的设备，所以也叫MAC层 4、网际层 internet layer，IP协议所在层，在链接层的基础上，用IP地址取代MAC地址，把许多局域/广域网连接成虚拟的巨大网络，在这个网络里找设备时只要把IP地址再翻译成MAC地址就可以 5、传输层 transport layer，TCP、UDP协议所在层，这个层次协议的职责是保证数据在IP地址标记的两点之间可靠地传输。 6、TCP和UDP区别： TCP 有状态 需要先建立连接才能发送数据 保证数据不丢失不重复 数据是连续的字节流，有先后顺序 UDP 无状态 不需要先建立连接也可以发送数据 不保证数据一定会发送到对方 数据是分散的小数据包，顺序发、乱序收 7、应用层 application layer，Telnet、SSH、FTP、SMTP、HTTP 8、MAC层的传输单位是帧（frame），IP层的传输单位是包（packet），TCP层的传输单位是段（segment），HTTP的传输单位是消息或报文（message）。统称为数据包 9、OSI网络分层模型 1.第一层:物理层，网络的物理形式，例如电缆、光纤、网卡、集线器等等; 2.第二层:数据链路层，它基本相当于TCP/IP的链接层; 3.第三层:网络层，相当于TCP/IP里的网际层; 4.第四层:传输层，相当于TCP/IP里的传输层; 5.第五层:会话层，维护网络中的连接状态，即保持会话和同步; 6.第六层:表示层，把数据转换为合适、可理解的语法和语义; 7.第七层:应用层，面向具体的应用传输数据。 10、TCP/IP四层模型和OSI七层网络模型的映射关系 1.第一层:物理层，TCP/IP里无对应; 2.第二层:数据链路层，对应TCP/IP的链接层; 3.第三层:网络层，对应TCP/IP的网际层; 4.第四层:传输层，对应TCP/IP的传输层; 5.第五、六、七层:统一对应到TCP/IP的应用层。 11、*四层负载均衡：工作在传输层上，基于TCP/IP协议的特性，例如Ip地址，端口号等实现对后端服务器的负载均衡 12、*七层负载均衡：工作在应用层上，看到的是HTTP协议，解析HTTP报文里的URI、主机名、资源类型等数据，再用适当的策略转发给后端服务器
    展开

    作者回复: 总结的非常全面，amazing！

    共 3 条评论
    100
  • wheat7
    2019-06-09
    疑问:按照tcp/ip详解 tcp/ip模型为五层，老师所说为4层 另外，最后一个常见的层层打包说法，我认为是一个误导，因为每一层MTU都不同，这种说法忽略了每一层对上一层数据的分片，造成了”http”报文加TCP头再加IP头就变成了网络层数据的误导，其实IPV4 MTU为64k，而HTTP和TCP层并没有限制，一帧以太网帧MTU为1500b，同理 此外，每一层数据都可以统称为包，这个说法也存在误导，包含义表示有边界，而如Tcp是面向流的，没有边界

    作者回复: 关于tcp/ip的层次，有说4层，也有说5层的，我说的是最普遍的一种说法，可以参见wiki。 第二个，这只是在应用层的视角做的一个比喻，正文里也说了，省略了很多细节，如果要深究的话可能篇幅不够。 第三个，tcp/ip里都是要切分成数据包来发的，比如tcp的segment，“包”只是为了说起来方便。 看得出来对tcp/ip很精通，有叙述不严谨的地方还请多谅解指正，大家共同进步。

    
    54
  • 钱
    2020-03-24
    1：你能用自己的话解释一下“二层转发”“三层路由”吗？ 不能，😂 二层转发、三层路由，貌似第一次听说这两个概念，确实不知道是啥意思。不过拆开的话，到可以说一下自己的理解，首先，说一下自己对二层、三层的理解，网络通信协议非常复杂，如果让我来设计一个网络通信协议我真不知道从哪里着手，假设世界上就只有两台电脑，要这两台电脑通信，或者说聊天，我去这咋办到？能办到的可以称得上是神人，真的！我感觉很神奇，两台机器可以聊天，想想都好神奇，不过事实上他们确实可以。这是怎么做到呢？ 首先，电脑只认识0或1，0或1其实可以认为是一种对立统一的矛盾体，简单的把世界一分为二。那在计算机的世界中0或1是什么呢？或者说是怎么体现的呢？核心在于对立统一，比如：用光盘上的ao点表示0那tu就是1，用磁盘上细磁针的北极表示0那南极就是1，用交流电的某个区间表示0那其他区间就是1，用直流电的低电平表示0那高电平就是1，理解了0或1在计算机的世界里是怎么表示的再加上计算机只认识0或1，那使两台计算机谈恋爱就是有可能的啦！只要从一台机器上往另一台机器上发送能表示0或1的东西，再加上约定好发送多少个0或1的组合表示什么意思，那两台计算机就能聊天了，剩下的就是怎么发生0或1的组合？以及约定各种0或1的组合是什么意思？怎么接受0或1的组合？目前世界上仅有两台电脑不用什么DNS、IP、CDN等等，如果世界有100亿台电脑呢？那怎么知道该给谁发信息？怎么表示这么多地址？怎么记住这么多地址？太复杂了，必须采用分而治之的思想，而且要灵活互不影响，所以，网络通信协议就被分成了多层每一层只关心自己的事情，上层依赖下层的接口或数据但是不关心她是怎么实现的，于是就有了链路层、网际层、传输层、应用层。机器毕竟是机器，想谈恋爱的是人类，所以，越靠上对人类越友好，如果仅仅是为了让机器能交流有些层是没有存在的理由的。OK，我觉得我把网络协议的分层结构给说明白了，那二层转发、三层路由是什么呢？二层、三层代表网络协议栈的层次，转发是倒腾数据，路由是倒腾该往哪去。每一层都有许多网络设备，目前不清楚都是啥？工作原理是啥？所以，具体怎么倒腾的细节就不清楚了，这个需要继续学习。 2：你认为上一讲中的 DNS 协议位于哪一层呢？ 简化人类的记忆，对人友好靠上，应用层 3：你认为 CDN 工作在那一层呢？ 加速人类获取信息的速度，对人友好靠上，应用层
    展开

    作者回复: 学习态度认真，awesome！！

    共 5 条评论
    22
  • Young
    2019-06-07
    1. 二层转发，工作在二层的设备（i.e交换机）只认识MAC地址，所以建立MAC地址和端口的映射关系，来决定往哪个端口转发。 2.三层路由，工作在三层的设备（i.e路由器）利用ip地址和port，根据路由表选择最佳路径来转发包。 3.dns属于应用层 4.cdn应该工作在应用层

    作者回复: 说的很对

    共 2 条评论
    16
  • 蚂蚁内推+v
    2019-06-09
    首先感谢老师，之前不太理解七层与四层的对应关系，因此很难去记忆，看了之后恍然大悟。但有点疑惑的是， 最后说的两个凡是中的第一个是说「四层或四层以下」指的是传输层及以下是由操作系统负责的吗？而「七层」指的是应用层到会话层是应用程序负责的吗？ 课后作业： 1. 第一次听说这两个概念，查了下资料。请老师帮忙过目、检查，首先这里的二层和三层指的都是 OSI 中的对应的层级；二层转发就意味着是在数据链路层（Data Link Layer）做的转发，基于 MAC 地址，通常指的是交换机；三层路由意味着是在网络层（Network Layer）做的转发，通常指的是路由器（当然也有路由功能的交换机）；当数据传输到网络层，路由器会检查目的 IP 是否与自己处于同一网段，是则进行二层转发即请求目的主机的 MAC 地址，否则进行三层转发即进入路由的递归查找。 2. DNS 属于应用层，其本身并不负责传输、网际的实际操作，只是将域名解析为 IP，方便下一层的使用； 3. CDN 也应当属于应用层，类似于 DNS 他们都是针对传输后的数据内容的操作，而非实际去处理传输等操作。
    展开

    作者回复: 你理解的很对。 当然，“两个凡是”也不是绝对的，比如dpdk就把tcp协议栈都拿到了操作系统外实现，但大多数情况下传输层以下都由操作系统负责。

    
    13
  • xing.org1^
    2019-06-12
    传输层这里，tcp和udp也可以用不同公司快递员送货来理解吧，tcp就像一些负责人的公司的快递员，送货时会提前打电话联系问你在不在家，可以保证把你的货物送到手上。udp则像另一种情况，直接拿着东西到你家门口，也不管你家有没有人，如果有就刚好送到你手上，没有在家就给你扔门口走了，他不保证会把快递送到你手上。

    作者回复: 这个比喻不错。

    
    7
  • 业余爱好者
    2019-06-07
    基础太差，第一题不太懂。 第二题应该是应用层吧。dns域名解析是需要请求dns服务器的，而服务器本质是一个软件(应用)，不是操作系统处理，由"两个凡是"定理推出，dns为应用层协议。 第三题不太清楚，个人猜想也是应用层。cdn与dns一样，并非是通信过程必须的一种机制，而只是一个满足特定场景下某种需求的一个"应用"，所以应该也是应用层。

    作者回复: 对的，可以参考其他同学的回答。

    
    7
  • HeGuang
    2019-06-07
    老师慢慢写，太难的话看不懂了

    作者回复: 多谢支持。

    
    4
  • 镜花.水月
    2022-01-22
    1.你能用自己的话解释一下“二层转发”“三层路由”吗？ 二层转发：交换机二层的转化设计到两个关健的线程：地址学习线程和报文转发线程 地址学习线程： 1.交换机接收到网段上所有的数据帧，利用数据帧中的源MAC地址建立MAC地址表 2. 端口移动机制：交换机如果发现一个报文的入端口和报文中源MAC地址的所在端不同，就产生端口移动，将MAC地址重新学习到新的端口 3.交换机老化机制：交换机在很长一段时间之内没有接到某主机发出的报文。在该对应主机的MAC地址将会被删除，等下次报文来的时候会重新学习 报文转发线程： 1.交换机在MAC地址表中查找数据帧的目的MAC地址， 如果存在目的MAC地址，就转发该数据帧到目的MAC地址的相应端口， 如果不存在，就向全部端口发送 2.如果交换机收到的报文MAC地址和目的MAC地址所在的端口是同一个，则丢弃该报文 3.交换机向入端口以外的其它所有端口转发广播报文。 报文转发引入 VLAN （虚拟局域网）的概念管理上得到了很好的帮助。限制了局部的网络流量，在一定程度上提高个网络的处理能力 虚拟的工作组，通过灵活的VLAN 设置，把不同的用户划分到不同的工作组，3.安全性的提高，一个VLAN内的用户和其他VLAN 内的用户不能互通。提高安全性。 而且报文转发线程的三点发送端口的范围也得到了限制，从向全部端口发送数据帧，面向从一个局部虚拟网络发送.很好的控制了广播范围 =======三层交换流程======== 三层交换流程 假设现在有两个VLAN 虚拟局域网 VLAN-1, VLAN-2。VLAN-1下有路由接口A, 路由接口B VLAN-2下有路由接口C, AB之间通讯（A向B发起ping请求为例）。 1.A 检查B路由接口的IP地址，发现属于同一个网段。 2.A ---> B ARP请求报文，该报文在VLAN-1内广播。 ARP (Address Resolution Protocol 地址解析协议) 3.B---> A ARP回应报文； 4. A----> B icmp request; 5. B ----> A icmp reply ; ICMP（Internet Control Message Protocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议簇的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。 AC之间通讯(A向C发起ping请求) 1.A 检查C路由接口的IP地址，发现不属于同一个网段。 2.A ----> switch （int vlan-1） ARP报文请求，该报文在VLAN-1局域网内广播。 3.网关 ------> A ARP回应报文； 4.A -----> switch icmp request （目的MAC是int vlan-1的MAC, 源MAC是A的MAC, 目的IP是C, 源IP是A） 5.switch收到报文后判断出是三层的报文，检查报文的目的IP地址，发现是在自己直连网段； 6.switch (int vlan-2) ----> C ARP请求报文，该报文在VLAN-2局域网内广播； 7.C------> switch(int vlan-2) ARP 回应报文 8.switch (int vlan2) -----> C icmp request 9C -------> A icmp reply; 从A到B的报文由于在同一个VLAN内部，报文的目的MAC地址将是主机B的MAC地址，而从A到C的报文，要跨越VLAN，报文的目的MAC地址是设备虚接口VLAN1上的MAC地址。因此交换机区分二三层报文的标准就是看报文的目的MAC地址是否等于交换机虚接口上的MAC地址。 2.你认为上一讲中的 DNS 协议位于哪一层呢？ DNS （Domain name System 域名系统）是基于UDP,UDP是属于传输层，DNS在传输层之上，所以是在应用层 3.你认为 CDN 工作在那一层呢？ CND (Content Delivery Network 内容分发网络) 是基于TCP,也是属于传输层，CDN也是属于应用层
    展开

    作者回复: great

    
    3