協議分層

可能大家對OSI七層模型並不陌生，它將網絡協議很細致地從邏輯上分為了7層。但是實際運用中並不是按七層模型，一般大家都只使用5層模型。如下： 物理層：一般包括物理媒介，電信號，光信號等，主要對應於PHY芯片，PHY芯片將數據傳送給物理媒介（RJ45座->雙絞線），如圖：

• 數據鏈路層：一般簡單稱為MAC層，因為MAC芯片處於這層，對應於代碼中的網卡驅動層。數據包在這一層一般稱之為“以太網幀”。
• 網絡層：對應於代碼中IP層。
• 傳輸層：對應於代碼中TCP層。
• 應用層：對應於代碼中應用層數據，即SOCKET通信,recv()/send()的數據。

對於一個以太網數據包，我們在代碼中能真實看到的包括4部分，分別對應鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層，如下圖：

註：有幾個概念需要解釋一下，從網卡收到的數據，此時是一個完整的包含各層頭的數據包，此時稱之為“以太網幀”；當解開以太網幀頭到達IP層，稱之為“IP Packet（IP數據包）”；當解開IP頭到達TCP層，稱之為“TCP Segment（TCP分片）”；當解開TCP頭時到達應用層，就是我們socket通信看到的數據了。

這種分層的設計作為一個協議設計與實現的向導，在這種方式下，每個協議可以分離地實現，互不幹擾。然而嚴格的分層設計，各層間的通訊可能會導致總體的性能下降。為了克服這些問題，協議的某些內部細節可以被其他的協議共享，但是必須註意，只有重要的信息才能在各層間共享。

大部分的TCP/IP協議棧實現在應用層到底層之間都遵循嚴格的分層設計，然而底層或多或少可以有交叉。在大多數操作系統中，所有的底層協議都與操作系統的內核綁定在一起（成為OS內核的一部分），內核提供入口點（API）與應用層的進程通信。此時，應用程序可認為是TCP/IP協議棧的一個抽象，不用關心底層的細節，對於支持SOCKET的系統，直接使用SOCKET進行網絡通信即可，這些操作基本和文件IO的操作差別不大。這意味著應用程序對底層一無所知，比如底層使用buffer緩沖數據，而應用層無法對buffer一無所知，如果有應用層有一部分數據頻繁使用，而它是無法操作buffer將頻繁使用的數據緩沖起來。

在最小系統中，一般不會嚴格地在內核和應用程序中間加一道保護屏障，如此應用程序可以使用共享內存（底層在內核中，與內核共享內存）的方式更輕松地與底層通信。具體來講，應用層知道底層使用的緩沖處理機制，因此，應用層可以更高效的重用buffer。既然應用層可以和底層協議使用同一段內存，這樣也可以節省拷貝帶來的開銷。

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TCP/IP 協議分層