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IPv4 与 IPv6

IPv4（Internet Protocol version 4，互联网通信协议第四版）和 IPv6（Internet Protocol version 6，互联网通信协议第六版）是 IP 协议寻址系统的两个版本，IP 使用编号系统为每台连接的设备提供唯一的识别号或地址。

IPv4 使用 32 二进制位的地址来唯一标识和定位网络中的设备，允许数据包从源到目的地正确传输。尽管 IPv4 在互联网早期被广泛部署，但由于 32 位的能提供的所有地址只有约 43 亿个，还有一些地址是为特殊用途所保留的，如专用网络（约 1800 万个地址）和多播地址（约 2.7 亿个地址），这进一步减少了可在互联网上路由的 IPv4 地址数量。随着互联网设备的爆炸式发展，所有的 IPv4 地址已于 2011 年分配完毕。

IPv4 地址可被写作任何表示一个 32 位整数值的形式，但基于可读性的考虑，它通常被写作点分十进制的形式，即 4 个字节被分开用十进制写出，中间用点分隔，范围是 0.0.0.0 至 255.255.255.255。

为了解决 IPv4 地址枯竭问题，IPv6 应运而生。IPv6 采用 128 位的地址，具有比 IPv4 大得多的编码地址空间，地址总数近乎无限，是 IPv4 地址 43 亿个的 43 亿倍的 43 亿倍。

IPv6 地址的全部 128 位，以 16 位为一组，每组以冒号隔开，分为 8 组，每组以 4 位十六进制方式表示。例如：2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344，范围是 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 至 ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff。

由于 IPv6 的是取代 IPv4，因此它定义了一种新的分组格式，使得这两种协议并不兼容。要从 IPv4 切换到 IPv6，使用 IPv4 的路由器、防火墙及相关应用程序皆须重写，所以在世界范围内，仅使用 IPv6 部署的网络与 IPv4 相比少的多，多数支持 IPv6 的网络也采取 IPv4 与 IPv6 并存的架构。这导致长期以来 IPv4 在互联网流量中仍占据主要地位，IPv6 的发展缓慢。

OSI 模型

OSI模型（Open Systems Interconnection Model，开放式系统互联模型）是由国际标准化组织提出的一种抽象的概念模型，定义各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。模型将通信系统中的数据流划分为 7 层，每一层负责处理特定作业并与其上下层进行通信。其中，第 1 到第 4 层与网络通信技术相关，而第 5 到第 7 层则与用户应用程序有关。

尽管现代互联网并未严格采用 OSI 模型，但 OSI 模型对于解决网络问题以及说明与理解代理协议的原理与行为很有帮助。不同的代理协议根据设计目的，在不同的层运行。现代翻墙协议通常可以让用户选择运行在哪个层以满足翻墙的实际需要（如 Clash 的系统代理模式运行在应用层，而 TUN 模式运行在网络层或数据链路层）。

  • 第 7 层，应用层：唯一直接接触用户数据的层。软件应用程序（如 Web 浏览器和电子邮件客户端）依靠应用程序层发起通信。运行在本层的协议包括 DNS、HTTP、SMTP 协议等。
  • 第 6 层，表示层：主要负责准备数据，包括完成数据转换、加密解密和数据压缩等操作，以便应用程序层进行使用。数据转换使得两台使用不同的编码方法的相互通信的设备能够相互理解；加密解密使设备可以通过加密连接进行通信；数据压缩通过减少传输的数据量，从而提高通信速度和效率。具有表示层功能的有应用层（第 7 层）的 HTTP、FTP、Telnet 等协议，传输层（第 5 层）的 TLS/SSL 等。
  • 第 5 层，会话层：负责打开和关闭两个设备之间的通信，通信打开与关闭之间的时间称为会话。会话层用于确保会话保持打开的时长足以传输所有交换数据，以及在数据交换结束后关闭会话，以避免浪费资源。具有表示层功能的有应用层（第 7 层）的 HTTP、RPC、SDP、RTCP 等协议。
  • 第 4 层，传输层：负责两个设备间的端到端通信。包括从会话层（第 5 层）提取数据，并将数据分解为多个区块（数据段），然后再发送到网络层（第 3 层）。传输层还负责进行流量控制和错误控制，流量控制避免采用快速连接的客户端淹没采用慢速连接的客户端；错误控制则通过确保接收数据的完整性（如果不完整，则请求重新传输）来实现。运行在本层的协议包著名的 TCP、UDP 协议等。
  • 第 3 层，网络层：负责促进两个不同网络之间的数据传输，如果两台通信设备位于同一网络，则不需要使用网络层。网络层在发送设备上将传输层发出的数据段分解更小的单元（数据包），再在接收设备上重组这些数据包。网络层还要确定数据到达目标的最佳物理路径（即路由）。运行在本层的协议包括 IP、ICMP、IGMP 等。
  • 第 2 层，数据链路层：负责在两个网络实体之间提供数据链路连接的建立、维持和释放管理。数据链路层从网络层提取数据包并将数据包分解成更小的部分（数据帧），并控制帧定界、同步、收发顺序，从而实现网络寻址、错误侦测和改错。本层设备包括了网卡（物理层和数据链路层的 MAC 子层）、交换机、网桥等。
  • 第 1 层，物理层：由参与数据传输的物理设备构成，负责将数据转换为位流，也就是由 1 和 0 构成的字符串。本层设备包括了光纤、网线、集线器、中继器、串口、并口、网卡等。

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