一篇理解网络分层原理

一、网络分层的必要性。

如图是一个数据的传输过程，在这个途中会有很多的原因导致数据丢失，网络分层就要可以很大程度的避免这个现象。
网络分层的必要性体现在以下几个方面：

抽象复杂度：网络分层将网络功能按照不同的层次进行分解和抽象，每个层次负责特定的网络功能。这种抽象能够使得网络变得简单易懂，便于设计、实现和维护。
提高互操作性：网络分层可以使得不同的设备和系统之间进行互操作。通过定义好每个层次之间的接口和协议，不同的设备和系统可以使用相同的方法来进行数据交换。
促进标准化：网络分层有助于制定和推广通用标准，以便于不同厂商和组织之间的合作和协作。例如，TCP/IP和OSI参考模型定义了通用的网络分层结构和协议，为网络通信提供了通用标准，促进了网络技术的发展和应用。
改善网络性能：网络分层可以优化网络性能。例如，物理层可以选择合适的物理介质和传输方式，网络层可以选择合适的路由算法和IP地址，传输层可以选择合适的传输协议等。这些选择可以使得网络更加高效和可靠。

常用的是五层网络分层：

应用层（Application Layer）：应用层是最高层，为用户提供各种网络应用服务。它包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等协议，用于实现Web浏览、文件传输、电子邮件和域名解析等功能。
传输层（Transport Layer）：传输层负责提供端到端的可靠数据传输，并将数据分割成适合下层传输的数据单元。它使用TCP协议来提供可靠的连接导向的传输服务，或使用UDP协议来提供无连接的传输服务。
网络层（Network Layer）：网络层负责进行数据的路径选择和路由，以便将数据从源主机发送到目标主机。它使用IP协议进行寻址和路由选择，通过建立和维护路由表来进行数据转发。
数据链路层（Data Link Layer）：数据链路层负责将数据分割成帧（Frame），并在物理链路上传输。它通过错误检测和纠正机制来确保数据的可靠传输，并进行数据的成帧、流量控制和访问控制。
物理层（Physical Layer）：物理层是最底层的一层，负责传输比特流，将数据从一个节点传输到另一个节点。它处理物理介质、电缆的连接方式、编码和解码等细节。

浏览器首先会将输入的URL进行解析，提取出其中的协议（例如HTTP、HTTPS）、主机名（例如www.example.com）和路径等信息。现在需要通过域名确定IP地址，就会进行DNS解析。
DNS解析的基本过程是：

客户端向本地DNS服务器（通常由互联网服务提供商(ISP)提供）发送DNS查询请求。本地DNS服务器查看其缓存，如果找到与该域名相关的IP地址，则直接返回响应给客户端。如果本地DNS服务器的缓存中没有找到对应的IP地址，则它会作为一个DNS递归解析器，向根域名服务器发送DNS查询请求。根域名服务器返回下一级顶级域名服务器的IP地址给本地DNS服务器。本地DNS服务器向下一级顶级域名服务器发送DNS查询请求。这个查询过程会依次向下进行，直到找到负责管理目标域名的授权域名服务器。授权域名服务器将域名所对应的IP地址返回给本地DNS服务器。本地DNS服务器将该IP地址保存在缓存中，并将响应返回给客户端，同时将该记录在本地缓存中以备将来使用。
在DNS查询的过程中，通常使用UDP协议进行传输。这是因为DNS查询通常是简短的请求和响应，并且需要快速完成。UDP相对于TCP具有较低的延迟和较小的开销，适合用于实时性要求较高的应用场景。
DNS服务器是什么？

DNS服务器（Domain Name System Server）是一种特殊的服务器，用于解析域名和IP地址之间的映射关系。它的主要功能是将用户输入的域名转换为对应的IP地址，以便用户能够访问目标网站或服务。

在互联网中，每个设备都被分配了一个唯一的IP地址，例如如 "192.168.0.1"。然而，人们往往更容易记住具有可读性的域名（例如www.example.com）。这就需要通过DNS服务器来实现域名到IP地址的转换。

DNS服务器存储了一个大型的域名系统数据库，其中包含了许多域名及其对应的IP地址。当用户在浏览器中输入一个域名时，操作系统会向配置的DNS服务器发送一个查询请求，以获取该域名对应的IP地址。

DNS服务器进行查询处理时，会根据域名的层次结构，逐级向上进行查找。它首先查询本地缓存，如果找到了对应的IP地址，则直接返回给操作系统。如果缓存中没有找到，它会向顶级域名服务器（根域名服务器）发送查询请求，获取下一级的区域域名服务器的地址。

此后，DNS服务器会持续向下查询，直到找到负责管理这个域名的权威域名服务器。权威域名服务器会返回该域名对应的IP地址给DNS服务器，然后DNS服务器将此结果缓存，并将其返回给操作系统。操作系统最终将IP地址提供给应用程序或浏览器，以建立与目标主机的连接。