（上下层协议的格式及包含关系）
◇网络分层的参考模型
上述所说的“分层 ＆ 协议栈”只是一个抽象的（笼统的）思路。具体要分几层？每一层要干啥事儿？这些都是很有讲究滴！网络技术发展了几十年，已经有很多牛人提出了各种不同的划分方案，称之为“网络分层的参考模型”（为了打字省力，以下简称“模型”）。
在各种模型中，名气最大的当然是“OSI 模型”（洋文称作“OSI model”）。在后续的章节中，俺会以这个模型为主体，进行介绍。
除了“OSI 模型”还有一个很出名的模型是“TCP/IP 模型”（因为互联网很成功，它才跟着出名）。
对“TCP/IP 模型”的分层，不同的文章或书籍，说法不太一样（“3层、4层、5层”皆有），这就引发了一些争议。包括几位热心读者也在博客留言，表达不同意见。为了避免一家之言，贴出维基百科的“这个链接”，其中给出了几种比较有名的说法。
另外，俺想提醒一下：
由于本文是基于【OSI 模型】进行展开。对于 TCP/IP 模型到底算几层，这方面的争论【不】影响本文后续的内容。
“OSI”的全称是“Open System Interconnection”。先说说它的历史。
上世纪70年代，“国际电信联盟”（ITU）想对各国的电信系统（电话/电报）建立标准化的规格；与此同时，“国际标准化组织”（ISO）想要建立某种统一的标准，使得不同公司制造的大型主机可以相互联网。
后来，这两个国际组织意识到：“电信系统互联”与“电脑主机互联”的性质差不多。于是 ISO 与 ITU 就决定合作，两家一起干。这2个组织的2套班子，从上世纪70年代开始搞，搞来搞去，搞了很多年，一直到1984年才终于正式发布 OSI 标准。
严格来讲，OSI 包括两大部分——
其一，抽象的概念模型，也就是前面提到的【OSI model】；
其二，针对这个概念模型的具体实现（具体的通讯协议），洋文叫做【OSI protocols】。
（前面说了）OSI 是由 ISO ＆ ITU 联手搞出来滴。这两个国际组织里面的人，要么是来自各国的电信部门，要么是来自各国的高校学者。总而言之，既有严重的官僚风气，又有明显的学究风气。（正是因为这两种风气叠加，所以搞了很多年，才搞出 OSI）
OSI 的协议实现（OSI protocols），不客气地说，就是一堆垃圾——据说把 OSI protocols 所有的协议文档，全部打印成 A4 纸，摞起来得有一米多高！是不是很吓人？协议搞得如此复杂，严重违背了 IT 设计领域的KISS 原则。
由于 OSI protocols 实在太复杂，后来基本没人用。但 OSI model 反而广为流传，并且成为“网络分层模型”中名气最大，影响力最广的一个。
因此，本文后续章节中，凡是提到 OSI，指的是【OSI model】。
OSI 模型总共分7层，示意图参见如下表格：
层次 | 中文名 | 洋文名 |
第7层 | 应用层 | Application Layer |
第6层 | 表示层 | Presentation Layer |
第5层 | 会话层 | Session Layer |
第4层 | 传输层 | Transport Layer |
第3层 | 网络层 | Network Layer |
第2层 | 数据链路层 | Data Link Layer |
第1层 | 物理层 | Physical Layer |
（注：为了打字省力，在后续章节把“数据链路层”直接称为“链路层”）
考虑到本文是针对一般性读者的【扫盲教程】，俺重点聊第1~4层。搞明白这几个层次之后，有助于你更好地理解网络的很多概念，也有助于你更好地理解很多信息安全的概念。
网上已经有很多关于 OSI 的文章，可惜大部分写得粗糙——很多文章只是在照抄定义。
俺曾经写过一篇《学习技术的三部曲：WHAT、HOW、WHY》，其中提到【理解技术】的不同层次。要想更好地理解 OSI 模型，你得搞明白：为啥需要引入某某层？（请注意：这是一个 WHY 型的问题）
接下来在讨论 OSI 的每个层次时，俺都会专门写一个小节，谈该层次的【必要性】。搞明白【必要性】，你就知道为啥要引入这个层次。
通俗地说：直接与物理介质打交道的层次，就是物理层。这一层的必要性比较明显。
因为所有的通讯，归根结底都要依赖于【物理介质】。与物理介质打交道，需要牵涉到很多与【物理学】相关的东东。比如：“无线电通讯”需要关心“频率/波长”；电缆通讯需要跟“电压”打交道；“光纤通讯”需要关心“玻璃的折射率＆光线的入射角” ......
“物理层”的主要职责是：屏蔽这些细节，使得“物理层”之上的层次不用再去操心物理学。
何为“物理信道”，在本文开篇的“基本概念”已经提到了。
对于“物理信道”，还可以进一步细分为如下三大类：
1. 有线信道（比如：双绞线、同轴电缆、光纤、等等）
2. 无线信道（比如：微波通讯、电台广播、卫星通讯、等等）
3. 存储信道
“存储信道”比较少见，很多人没听说过，稍微解释一下。
假设你要把一大坨信息传送给另一个人，除了用“有线 or 无线”这两种通讯方式，还可以把信息先保存到某种【存储介质】（比如硬盘），然后再把存储介质用某种方式（比如快递）转交给对方。这就是所谓的“存储信道”。
俺在很多篇关于“学习＆心理学”的博文中提到过【信噪比】这个概念。其实这个概念是从通讯领域借用的术语。
对于“物理信道”，总是会存在某些环境干扰，称之为“噪声”（Noise）。“信道传输的有用信息”与“无用的干扰噪声”，这两者的比值就是“信噪比”。
“信噪比”单位是【分贝】。“分贝”洋文叫做“decibel”（简写为 dB）。“deci”表示“十进制”；“bel”是为了纪念大名鼎鼎的贝尔（电话它爹）。
“物理信道”要依赖于物理传输介质。不管使用何种物理介质，都要受限于某些基本的物理学定律（比如“光速上限”）。另外，不管何种物理介质，总是会有或多或少的环境干扰（噪声）。这两个因素导致了：任何“物理信道”的最大传输率总是有限滴。
由于物理层是最底下的一层，物理层之上的其它层次总是要直接或间接地依赖【物理信道】。因此，其它层次建立的“逻辑信道”，其带宽只会比“物理信道”的最大带宽更小。换句话说：“物理信道”的带宽上限也就是整个协议栈的带宽上限。
一般来说，凡是能实现【长距离】通讯的“物理信道”，都有相当的经济成本。比如铺设“光纤、同轴电缆”都要花钱。无线电通讯虽然免去了铺设线路的成本，但需要竞标购买频段。因此，物理信道非常强调“多路复用”。
所谓的“多路复用”，通俗地说就是：尽可能地共享物理信道，不要浪费了。
“多路复用”有很多种类型；不同的类型，原理也不同。为了展示各种不同的原理，俺拿【无线通信】来说事儿。
无线通信领域的“多路复用”，【至少】有如下几种：
频分多路复用/FDM（Frequency-Division Multiplexing）
这个最简单，就是根据频率拆分。不同的线路占用不同的频段，互不干扰。（电台广播用的就是这个思路）
但这个思路的缺点很明显——
其一，要依赖足够宽的频段（频段是稀缺资源）；
其二，不同线路的流量可能会动态变化。如果某个线路空闲，其占用的频段就浪费了。
（注：光纤通讯中有个“波分多路复用/WDM”，本质上就是 FDM）
时分多路复用/TDM（Time-Division Multiplexing）
这种思路只用一个很窄的频段。为了在同一个频道发送多个信道，采用【分时机制】，把时间切割成很小的时间片，每个线路占用一个时间片。周而往复。
这个思路有点像十字路口的红绿灯——每隔一段时间，其中一条路可以通行。
这个思路的优点是：可以只使用一个很窄的频段。缺点是：线路越多，每条线路等待越久；即使某个线路空闲，依然会占用时间片（浪费了资源）。
码分多路复用/CDM（Code-Division Multiplexing）
这种思路采用某种【编码】的技巧，使得多个端点可以在同一个时间点使用同一频段发送数据；由于他们采用不同的编码方式，不会相互干扰。
一般来说，CDM 要依赖于“扩频技术”（spread spectrum），需占用一个比较宽的频道范围。这算是缺点。但其优点很明显——
其一，可以支持 N 个线路（N 动态变化）；
其二，即使任何一个线路的流量动态变化，也不会浪费物理信道的资源。
显然，这种思路明显优于 FDM ＆ TDM。如今在移动通讯领域大名鼎鼎的 CDMA（码分多址），采用的就是这个思路。
物理层的协议主要有如下：
USB 协议
蓝牙协议的一部分
IEEE 802.11的一部分（Wi-Fi）
IEEE 802.16（WiMAX）
IEEE 1394（火线接口）
RS-232 协议（串行接口/串口）
......
（考虑到篇幅）俺不可能具体细聊这些协议，只是贴出每个的维基百科链接，感兴趣的同学自己点进去看。
对于电脑主机（含移动设备），“网卡硬件”包含了物理层的协议实现（参见如下示意图）
另外，还有一些专门的【1层】网络设备，也提供物理层的功能（参见下一个小节）。
调制解调器（modem）
通俗地说，“调制解调器”就是用来翻译“数字信号 ＆ 模拟信号”。
在发送信息时，modem 把电脑要发送的“字节流”（数字信号）翻译成“模拟信号”，然后通过物理介质发送出去；当它从物理介质收到“模拟信号”，再翻译成“数字信号”，传回给电脑。
早期的拨号上网，modem 面对的物理介质是“固话线路”；如今家庭宽带普及，光纤入户，modem 面对的物理介质是“光纤线路”。
中继器（repeater）
信号在物理介质中传输，会出现【衰减】（不论是“有线 or 无线”都有可能衰减）。“中继器”的作用是【信号增益】，使得信号能传得更远。
另外，比如“微波通讯”是直线传播，而地球表面有弧度，还有地形的起伏。所以每隔一定距离要建“微波塔”。这玩意儿也相当于“中继器”。
集线器（hub）
可以把“集线器”视作更牛逼的“中继器”——“中继器”只有两个口（只能连接两个通讯端点），而“集线器”有多个口（同时连接多个通讯端点）。
通常所说的“集线器”是指“以太网集线器”。这种设备如今已经逐步淘汰，很少见到了。
