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a.物理层(Physical Layer)
物理层关心的典型问题就是用什么方式来发送1和0，一位的持续时间，是否可同时双向进行，连接如何建立和如何终止等。（处理信号通过介质的传输）
工作在物理层的设备有：
放大器 放大器来增强信号中的能量，但同时也会使噪声分量增强，以致引起信号失真
中继器(repeater)： 双绞线（RJ-45接口网线）的理论最大传输距离是100M，超过100M信号会衰减，这时候就要用到中继器，它能起到放大信号延长传输距离的作用。中继器接收衰减的数字信号，把数字信号恢复成0和1的标准电平，这样有效地克服了信号的衰减，减少了失真。
中继器放大数字信号，放大器放大模拟信号。
补充知识点∶信号在传输介质上传输，经过一段距离后，信号会衰减。为了实现远距离的传输，模拟信号传输系统采用放大器来增强信号中的能量，但同时也会使噪声分量增强，以致引起信号失真。对于数字信号传输系统，可采用中继器来扩大传输距离。中继器接收衰减的数字信号，把数字信号恢复成0和1的标准电平，这样有效地克服了信号的衰减，减少了失真。所以得出一个结论∶数字传输比模拟传输能获得更高的信号质量。
集线器(hub)：集线器相当于一个多端口的中继器，也能起到放大信号的作用，并且集线器是属于半双工模式的（简单的理解成在同一时刻只有一个方向的数据可以传输，收的时候不能发，发的时候不能收），而在集线器连接的网络中，不管有多少个集线器，都只有一个广播域和一个冲突域。集线器工作原理如下图：
- 为了使模拟信号传输得更远，可以采用的设备是（A）。B
中继器和放大器都可以放大信号，但是两者的区别在于中继器放大数字信号，放大器放大模拟信号。
因为集线器属于物理层设备，无法判断数据链路层的MAC地址以及网络层IP地址，所以在这个集线器相连的网络里，假设PC0封装数据发送给PC1，集线器接收到PC0发来的数据后，直接将它转发到除接收端口以外的所有端口，这时候PC1/3/4都能收到这个数据，只不过根据包头部的MAC地址信息，只有PC1会处理它，PC3/4将丢弃这个数据包，而如果PC3/4上面运行了数据包分析软件，就可以捕获并分析PC0发出的数据，这种网络拓扑设计将非常不安全。
物理层的相关协议：EIA-232C 、EIA/fIA RS-449 、CCITT 的X.21
b.数据链路层(Data Link Layer)
数据链路层的主要功能是在不可靠的物理层上进行数据的可靠传输，将用户数据封装成帧（Frame），进行CRC效验（循环冗余效验）以及防止高速发送方的数据将低速方淹没等。
工作在数据链路层的设备主要有：
网卡(NIC Network Interface Card)：也叫网络适配器，在生产时将一个唯一的网络节点地址（MAC地址）烧录到了它的ROM中。MAC地址占用48位，前24位代表厂商，后24位为设备号。MAC地址可以通过一些软件设备来更改，但是更改的仅仅是显示，ROM中的MAC地址除非重新烧录否则无法更改。Windows系统在CMD中输入"ipconfig /all"来查看网卡的MAC地址；Linux系统可以在终端中输入"ifconfig"来查看；
网桥(Bridge)：网桥可以将两个局域网（LAN）连接并按照MAC地址转发数据帧，就好像他们是一个LAN一样，现在网桥大多应用于软件。工作原理如下图：
其工作原理如下：
1）网桥如果刚刚加电启动，它的MAC地址缓存为空，此时假设A要发送数据给C，并且A已经知道C的MAC地址（这中间涉及到一个ARP获取MAC地址的操作，这里暂时不讨论），A将数据封装好发送给Hub1，Hub1是一个物理层设备，它简单的将信号放大从除接收端口以外的其他端口将数据发送出去（发送给C和网桥的接口1）；
2）网桥从接口1接收到A发过来的数据后，首先添加这个数据帧的源MAC地址，既A的MAC（AAAAAAAAAAAA）和对应的端口1添加到自己的MAC地址表中，然后从自己的MAC地址表中去查找这个数据帧目的地C的MAC地址，但是此时找不到，所以网桥以广播形式将这个数据帧从接口2发送出去；
3）集线器2收到这个数据帧，它将这个数据帧从除接收端口以外的其他端口发送出去，D和B都接收到了这个数据帧，D和B对数据帧进行检查时发现目的MAC地址与自己的网卡MAC地址不相同，计算机D和B丢弃这个数据帧；
4）在第1步中C也同时收到了这个数据帧，C检查目的MAC地址的时候发现，与本机相同，C接收这个数据包，并回发数据包对A进行确认，C封装一个源地址为自己MAC地址，目的地址是A的MAC地址的数据帧发送给集线器1，集线器将这个数据帧发给网桥的接口1和A；
5）网桥接收到这个数据帧，它首先添加C的MAC和对应的接口1到自己的MAC地址表，然后查询地址表的时候发现A的MAC地址同样处在接口1，网桥不再将这个数据帧从接口2发出，也不会将这个数据帧再重新从接口1发回去；
6）A收到C发回的确认，通信成功；
7）通过这种形式，最后网桥会学习到这个简单局域网中所有的电脑的MAC地址以及所在接口。如下：
MAC Address | 端口 |
AAAAAAAAAAAA | 1 |
BBBBBBBBBBBB | 2 |
CCCCCCCCCCCC | 1 |
DDDDDDDDDDDD | 2 |
一个网桥包含两个冲突域、一个广播域；冲突域是发送一个单播会影响的范围，广播域是发送一个广播会影响的范围。
注：网桥并不具备三层设备的特性，这就意味着如果通过网桥将两个不同网段的局域网连接起来，这两个局域网之间是无法通信的，除非在其中配置默认路由指向一台三层设备，这台三层设备需要具有去往这两个网段的路由，否则当计算机往其他网段发送数据时，由于本地路由表并没有这个网段的路由，也没有配置默认路由，数据会在发送端直接被丢弃。
交换机（Switch）: 可以将交换机简单的看做多端口的网桥，因为它也根据收到的数据帧的源地址进行学习，也根据MAC地址表中的目的地址进行转发，但交换机有下面几个需要注意的地方，请看下图：
假如这个交换机学习到的MAC地址表如下：
MAC Address | 端口 |
AAAAAAAAAAAA | 1 |
BBBBBBBBBBBB | 2 |
CCCCCCCCCCCC | 3 |
其一：交换机对已知的单播帧，只发往对应的端口；比如A发给B，交换机中学习到了B的MAC，那么直接发往端口2；
其二：交换机对未知的单播帧，进行泛洪转发（即发往除接收端口以外的所有端口），比如C发送一个单播帧给D，这个数据帧到达交换机后，交换机MAC表中还没有学习到D的MAC，交换机将这个数据帧从1、2、4端口发出；
其三：交换机对所有广播和组播，进行泛洪转发（即发往除接收端口以外的所有端口）；
交换机可以划分为下面三类：
传统交换机：属于链路层，一个广播域，每个接口是一个冲突域；
VLAN交换机：属于链路层，可网管型，可以划分多个VLAN，每个VLAN是一个广播域，每个接口是一个冲突域，并且可以配置IP地址；
三层交换机：比VLAN型交换机多了路由功能，可以理解成交换机+路由器，属于OSI模型网络层；
数据链路层协议有SDLC 、HDLC 、PPP 、STP 和帧中继等。
c.网络层(Network)
路由器和三层交换机都属于网络层设备，它们是应用于不同网段间的设备；路由器的每个端口属于一个单独的广播域，也是一个单独的冲突域。
网络层的协议有IP 、IPX 、ICMP 、IGMP 、ARP 、RARP 和OSPF 等。
d.传输层(Transport Layer)
传输层实现了用户进程间端到端的通信（End-to-End），传输层相关的协议有TCP、UDP等。我们会经常看到这两个协议名称出现在Windows CMD的"netstat -ano"这条命令的显示里，Linux下可以在终端中输入"netstat -nautp"来查看这些端口。
e.会话层(Session Layer)
会话层提供的主要服务是会话控制、同步、重传等。
f.表示层(Presentation Layer)
表示层提供的主要服务为数据的编码、压缩 加密解密等。
g.应用层(Application Layer)
提供用户和网络的接口
应用层包含了大量协议的应用，最常见的有： HTTP-TCP80、FTP-TCP21、SMTP-TCP25、POP3-TCP110、DNS-TCP/UDP53、TELNET-TCP23等。
0×1.TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对应关系
TCP/IP参考模型分为四层，分别是：网络访问层（NetworkAccess）、网际层（Internet）、传输层（Transport）和应用层（Application）。
ISO/OSI参考模型是在其协议被开发出来之前设计出来的，它并不基于某个特定的协议集而设计，所以具有通用性，但在协议实现方面存在不足。TCP/IP模型是先有协议，模型只是对现有协议的描述，因此和现有协议非常吻合，但它在描述非TCP/IP网络时的用处不大。
TCP/IP参考模型和ISO/OSI参考模型的对应关系如下图：
下面依次来介绍TCP/IP参考模型这四层的作用。
a.网络访问层（NetworkAccess）
网络访问层的功能包括IP地址和MAC地址的映射，将IP封装成帧，提供物理介质的连接，它接收从网际层传来的IP数据报，并将这个数据包通过底层物理接口发送出去。
b.网际层（Internet）
网际层的功能主要有三个：
第一：处理来自传输层的分组发送请求（本机向外发送），将分组装入IP数据报，填充报头，选择目的节点路径，然后将封装好的IP数据包发往对应的接口；
第二：处理从外部输入的数据报，检查合法性，进行路由选择，如果数据报的目的地是本机，则去掉报头，将IP数据报数据部分提交给上层传输层对应协议处理，如果数据报的目的不是本机，则根据路由表转发；
第三：处理ICMP（Internet Control Message Protocol 网际控制信息协议）报文，处理网络路由选择，流量控制等；
网际层上的几个重要协议：
IP协议 ——主要的功能是实现寻址和转发（根据目的IP地址转发）。这里不做详细介绍，有兴趣的朋友可以去参考一本书《TCP/IP详解卷一：协议》；实际应用中经常看到的比如TTL，我们ping某个IP或网址的时候会出现下图所示的TTL=XX：TTL是IP协议中的一个字段，每经过一个路由，这个字段的值就减一，当这个字段是0时，路由就会丢弃这个数据报。64是系统设定的一个初始值，这个初始值根据不同系统构架不同，有的是128，有的是256。TTL小于64，就用64减；TLL大于64小于128，就用128减；TLL大于128小于256，就用256减。
IP报头各字段如下图，仅供参考：
ICMP协议——我们常用的ping命令就是使用了这个协议。还有Windows下的tracert命令也是基于这个协议的。IP报头中协议字段为1，就说明这是一个ICMP报文；下图就是ICMP报文的一个应用，Tracert可以用来显示从本地到目的地中间经过的路由（部分地区网络提供商屏蔽了tracert，看到的返回结果将全部是星号）。ARP协议——这是局域网中应用的最多的协议之一，在局域网中，数据帧的传输是需要封装MAC地址的，而ARP协议的主要作用是在发送数据帧前，根据目的IP获得目的MAC。所以它叫做地址解析协议，ARP工作原理如下：三台PC连接在一台二层交换机上，他们的IP地址和MAC地址如上图，下面是一次ARP查询的过程：
1）现在计算机A要发送数据包给计算机B，首先A要判断B是否与本机处在同一个子网（192.168.1.0/24，子网的概念在下一篇文章会详细介绍）中，如果处在同一个子网，计算机A先在本机的ARP缓存中搜索B的IP对应的MAC是否存在，如果找到B的MAC缓存，则直接用找到的MAC封装帧发送出去；
2）如果A没有找到B的MAC缓存，那么它将封装一个ARP查询包(ARP Request),查询包的源IP地址是A的IP地址，目的IP地址是B的IP地址，查询包的源MAC是A自己的MAC（AAAAAAAAAAAA），目的MAC是广播MAC地址（FFFFFFFFFFFF）；
3）A封装完后将这个查询包以广播的形式发送出去，这个ARP广播包到达交换机接口1，根据交换机的工作原理（对广播包进行泛洪转发，发往除接收端口以外的所有端口，本例是2和3），这个时候计算机B和C都能收到这个ARP查询广播包；
4）C收到这个ARP查询广播包，它对这个数据包解封装，发现目的MAC不是本机MAC，是广播MAC（接收目的地是本机MAC或者广播MAC的数据帧），C解封装这个数据帧并传到网络层，网络层对目的IP进行检查发现目的IP是B的IP（192.168.1.2）和本机IP不同，C放弃对这个数据报的继续处理，同时在本地的ARP缓存中更新或添加A的IP地址对应的MAC条目，然后丢弃这个数据包；
5）B收到这个数据包，首先判断数据链路层的目的MAC是广播，所以它也解封装这个数据包传送到网络层，并且发现目的IP也和本机IP相同，这是针对本机（B）进行的ARP MAC地址查询，首先它将A的MAC和对应的IP记录在自己的MAC缓存中，然后封装一个ARP应答包(ARP Reply)发回。ARP应答包的源IP是B自己的IP，目的IP是A的IP，源MAC是B自己的MAC（BBBBBBBBBBBB）目的MAC是A的MAC，这个包封装好后被送达交换机接口2；
6）交换机接收到这个ARP应答包后，根据MAC目的地址判断，目的MAC（AAAAAAAAAAAA）处在自己的接口1上（还记得交换机的工作原理吧，在第3步中，交换机收到A的ARP查询的时候，就将A的MAC地址和对应的接口1记录在自己的MAC地址表中了），这时交换机直接将这个数据报从接口1发出；
7）A收到这个ARP应答包，这时它就知道了B的MAC，可以封装其他数据发送了；
如果大家对这一部分比较感兴趣，这里还有一个比较有趣的实例供大家参考[Linux环境下ARP攻击的实现与防范]，ARP协议是横跨了网际层与物理层的一个协议，这就是为什么一些网络层的防火墙对底层的ARP攻击无能为力的原因。
Proxy-ARP协议（代理ARP）——因为ARP查询包是一个广播包，而路由器是隔离广播的，路由器的每个接口都是是一个独立的广播域，所以在上面的例子中，如果此时交换机的4端口上接着一个路由器，如下图所示，当ARP查询包通过交换机泛洪转发的时，路由器可以从自己的接口5接收到A发出的ARP查询包，在没有开启Proxy-ARP协议的情况下，路由器直接将这个包丢弃。如果路由的接口5开启了Proxy-ARP协议，那么这个广播包就可以转发到路由上其他的接口。所有Cisco路由的以太网接口默认都启动了这个协议。
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RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址转换协议）—— 这个协议和ARP刚好相反，是根据本机MAC询问本机IP的一个协议，如今被DHCP协议所替代。
c.传输层（Transport）
在网际层中的IP协议，采用无连接的数据报机制，不做验证也不进行确认，而TCP/IP的可靠性体现在传输层，传输层的常见协议如下：
TCP(Transmission Control Protocol)——是一种面向连接的传输层协议，能提供可靠的数据传输，在传输数据前需要先建立连接，下面是TCP从"三次握手"建立连接到数据传输，再到"四次握手"断开连接的过程：