一、四层与七层

教材把 TCP／IP 分成四层，但硬件单列：

第一行那个「5、6、7 层」就是并入的部分： 会话层（管对话）、表示层（管编码）、应用层（管业务）合并成一层。 所以 TCP／IP 的应用层协议，一个协议要同时管三件事—— HTTP 里既有 Cookie（会话），又有 charset（表示），又有 URL（业务）。 第四行那个「1、2 层」也合并了：TCP／IP 对「用什么线、什么信号」不作规定， 只要能装下 IP 包就行。 这就是它能跑在光纤、双绞线、Wi-Fi、4G 上的原因。

二、层的边界在代码里

三组套接字选项常量，正好对上三层：

setsockopt 的第一个参数就是在指定「改哪一层」： 传 SOL_SOCKET 改套接字本身，传 IPPROTO_IP 改 IP 头，传 IPPROTO_TCP 改 TCP 行为。 同一行代码能改三层，靠的就是这个「层编号」。 注意这张表里没有「应用层」的选项组：因为应用层不需要「选项」——它就是你自己写的代码。 这也是「四层够用」的直接体现：协议栈负责下三层，最上面那层是空的，留给应用。 还有一组不在表里的东西值得注意： TCP_NODELAY 只有 6 个选项里的一个，它管的是「小包要不要立刻发」—— 这是 Nagle 算法的开关，第六章会细讲。 现在只需要知道：传输层的选项少，是因为 TCP 的行为大部分不由应用决定。

三、为什么不按七层实现

三个现实理由：

第一行是技术原因： 「会话」和「表示」很难做成独立的一层——因为它们的实现高度依赖具体应用。 比如 HTTP 的会话是 Cookie，SMTP 的会话是命令序列，两者没有共同抽象。 第三行是历史原因：TCP／IP 在 OSI 定稿之前就已经跑起来了， 等 OSI 出来，改架构的成本已经太高。 所以「四层」不是「设计出来的最优解」，是「演化出来的结果」。 这也解释了一个常见的困惑：为什么书上讲网络要先讲 OSI 七层，再讲 TCP／IP 四层？ 因为 OSI 是「分析工具」，TCP／IP 是「实现」。 分析问题时用七层更清楚，写代码时用四层更直接。

四、动手 Demo：分层在代码里也有边界

数一下 Python 暴露的三组套接字选项常量。 前缀不同，就是层的边界。

import socket

for zh, pre in (('套接字通用', 'SO_'),
                 ('网络层（IP）', 'IP_'),
                 ('传输层（TCP）', 'TCP_')):
    names = [x for x in dir(socket) if x.startswith(pre) and x != pre]
    print('%-16s %-6s %d 个' % (zh, pre + '*', len(names)))

实跑输出：

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分层在代码里也有边界
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**「TCP／IP 与 OSI 怎么对应」这个问题，在代码里能找到直接证据。**
下面数一下 Python 暴露的三组套接字选项常量。

  选项组            常量前缀     个数
  ------------------------------------
  套接字通用        SO_*         18
  网络层（IP）      IP_*         16
  传输层（TCP）     TCP_*        6

**三组常量的前缀不一样，这就是层的边界**：**`SO_*` 是「套接字本身」的选项**（缓冲区、超时、
重用地址）；**`IP_*` 是网络层的**（TTL、服务类型）；**`TCP_*` 是传输层的**（不延迟、保活）。
**`setsockopt` 的第一个参数就是在指定「改哪一层」**：
**传 `SOL_SOCKET` 改套接字，传 `IPPROTO_IP` 改 IP 头，传 `IPPROTO_TCP` 改 TCP 行为。**
**同一行代码能改三层，靠的就是这个「层编号」。**
**这也解释了为什么四层模型够用**：
**OSI 把「表示」「会话」单列，但在代码里它们没有独立的选项组**——**这两件事得应用自己处理。**

三组分别是 18、16、6 个： 套接字通用的最多，因为它管的是「文件描述符这一层」的行为（缓冲区、超时）； TCP 的最少，只有 6 个，因为 TCP 的大部分行为不由应用控制。 setsockopt 的签名是 (level, optname, value)：第一个参数 level 就是这三个常量之一， 它决定「改哪一层」。 所以「分层」在代码里不是抽象概念，是一个必填参数。 这也解释了为什么四层模型够用： OSI 把「表示」「会话」单列，但在代码里它们没有独立的选项组——这两件事得应用自己处理。

30 秒实验

1. 试着 setsockopt(SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, ...) 改接收缓冲区，看能不能设成很大。
2. 数一下 socket 模块里以 IPPROTO_ 开头的常量有几个。
3. 想一下：如果 OSI 的七层都做成独立选项组，会有哪几组？

常见误区

1. 以为四层是「砍掉三层」。 是并掉：会话、表示并入应用，物理并入网络接口。 活还在，只是没人替你干。
2. 以为四层是「最优设计」。 它是演化结果：先跑起来、后定标准，改不动了就这样了。
3. 以为分层只是教学工具。 它在代码里是必填参数：setsockopt 的第一个参数就是「哪一层」。

下一节往下走一层：硬件，也就是物理层。

• ☐ （本节完，下一节 2.4.2 硬件（物理层））

相关笔记

• ISP和区域网
• 硬件（物理层）
• 📚 图解TCP／IP · 索引