OSI 模型：传输层 vs 网络层

1. 概述

传输层（Transport Layer）和网络层（Network Layer）是 OSI 模型中最关键的两个层次。

在本篇文章中，我们将深入讲解这两个层次的基本概念、各自提供的核心服务，并重点对比它们之间的区别。

2. 传输层简介

传输层是 OSI 模型的第四层，负责端到端（end-to-end）或进程到进程（process-to-process）的通信。它确保整个消息能从一个主机的某个进程完整地传输到另一个主机的对应进程。

每个运行在主机上的进程都有一个唯一的端口号（port number），传输层正是通过端口号来识别和区分不同的进程。

举个生活中的例子帮助理解：假设 Jack 想给住在另一城市的 Jones 寄一张明信片。他需要在明信片上写上 Jones 的地址、姓名，以及明信片类型。这个例子中：

• Jack 和 Jones 分别代表两个主机的 IP 地址
• 明信片类型代表不同的进程
• 地址信息则由网络层负责传递

传输层的核心职责是将数据从 Jack 的某个进程传送到 Jones 的某个进程，端口号在这里起到了至关重要的作用。

3. 传输层提供的服务

传输层提供以下几项关键服务：

✅ 进程到进程的通信
不仅实现主机之间的通信，还能实现主机上具体进程之间的通信。

✅ 可靠性保障
包括数据包的顺序交付、无数据丢失、防止数据重复等。

✅ 流量控制
接收方控制发送方的数据发送速率，防止接收方缓冲区溢出。常用机制如 Selective Repeat（选择重传）。

✅ 差错控制
使用校验码（checksum）检测数据是否损坏，并通过自动重传请求（ARQ）机制重传错误或丢失的数据包。

✅ 多路复用与解复用
发送端多个进程共享一个传输层，通过端口号区分；接收端根据端口号将数据分发给对应的进程。

4. 网络层简介

网络层是 OSI 模型的第三层，负责主机到主机（host-to-host）的数据包传输，尤其在多个网络之间进行路由。

它从传输层接收数据，添加头部信息（如 IP 地址），然后将数据传递给数据链路层。网络层确保数据包从源主机到达目标主机，即使它们处于不同的网络环境中。

网络层主要在路由器、交换机等网络设备上实现。它负责路径选择、拥塞控制、错误检测等任务。

5. 网络层提供的服务

网络层也提供以下几项核心功能：

✅ 逻辑地址通信
使用 IP 地址（逻辑地址）标识源主机和目标主机，确保数据包能正确送达。

✅ 路由与交换
当多个网络互联时，网络层通过路由协议选择最佳路径，并通过交换机制将数据包转发到目标主机。

例如下图中，从 Host-A 到 Host-B 有两条路径 P1 和 P2，网络层会选择最优路径 P1。

✅ 分片与重组
当数据包过大时，网络层会将其分片传输，接收端在目标主机上进行重组，避免因数据包过大导致传输失败。

6. 传输层与网络层的数据流动

下图展示了两个主机 Host-A 和 Host-B 分别运行在两个不同网络中，每个主机上运行着三个进程。

传输层负责将数据从 Host-A 的某个进程发送到 Host-B 的某个进程。由于两个主机处于不同网络，因此需要网络层协助完成主机到主机的传输。

具体流程如下：

1. 传输层为每个进程分配端口号，并添加头部信息
2. 网络层使用 IP 地址进行主机识别，通过路由表选择最佳路径
3. 数据包经过多个网络设备转发，最终到达目标主机
4. 传输层根据端口号将数据分发给目标主机上的对应进程

术语说明：

• 进程到进程：端到端通信（end-to-end delivery）
• 主机到主机：源到目的通信（source-to-destination delivery）
• 设备到设备：跳到跳通信（hop-to-hop delivery）

7. 传输层 vs 网络层对比总结

特性	传输层	网络层
通信粒度	进程到进程	主机到主机
地址类型	端口号（Port）	逻辑地址（IP）
通信方式	端到端	源到目的
实现位置	主机系统内部	网络设备（如路由器、交换机）
使用场景	同一网络或跨网络	跨网络场景
流量控制	支持完善的流量控制	控制能力较弱
差错控制	提供差错检测与重传机制	仅提供基础差错检测

8. 总结

本文系统地介绍了 OSI 模型中的传输层和网络层，重点分析了它们的功能、服务机制以及关键区别。

• 传输层：关注进程间通信，提供可靠传输、流量控制、差错控制等功能。
• 网络层：关注主机间通信，提供路由、寻址、分片、转发等功能。

理解这两层的职责与协作机制，是掌握网络通信原理的基础。在实际开发中，尤其是在设计分布式系统、网络服务时，这些知识尤为重要。掌握它们，有助于我们更好地理解 TCP/IP 协议栈，避免踩坑，写出更健壮的网络程序。