## 计算机网络基础知识

秃头小破孩

753人浏览 · 2026-01-21 17:41:29

秃头小破孩 · 2026-01-21 17:41:29 发布

一、计算机网络体系结构

- TCP/IP四层模型和OSI七层模型

IOS七层模型：
- 物理层：（physicial layer）主要负责物理介质上的比特流传输，比如电信号、光信号、无线电波。例如：网线光纤网卡的物理接口集线器
- 数据链路层：（data link layer）主要负责同一局域网内的设备通信，通过MAC地址识别设备。例如：交换机（Switch） ARP协议以太网（Ethernet）
- 网络层：主要负责跨网络的数据包路由，通过IP地址寻找目标网络。例如：路由器 IP协议（IPV4/IPV6） ICMP协议
- 传输层：主要负责端到端的可靠数据传输，在源主机和目标主机的应用程序之间建立连接。例如：TCP（HTTP FTP用它） UDP（视频通话直播）
- 会话层：主要负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话，比如断点续传。例如：RPC（远程过程调用） NetBIOS
- 表示层：主要负责数据的格式转换和加密解密，让接收方能正确理解发送方的数据。例如JPEG MP4 SSL/TLS 加密 ASCII编码
- 应用层：主要负责直接和用户的应用程序交互，提供网络服务接口。例如：HTTP/HTTPS(网页） SMTP/POP3（邮件） DNSA（域名解析） FTP（文件传输）
TCP/IP四层模型
- 网络接口层（Network Access Layer）：对应OSI的物理层+数据链路层，负责硬件层面的比特流和帧传输。例如：以太网、Wi-Fi、PPP（拨号上网）
- 网络层（Internet Layer）：和OSI的网络层完全对应，负责跨网络的IP包路由。核心协议：IP、ICMP、ARP
- 传输层（Transport Layer）: 和OSI的传输层完全对应，负责端到端的TCP/UDP传输。核心协议：TCP、UDP
- 应用层（Application Layer）：对应OSI的会话层+表示层+ 应用层，直接为应用程序提供网络服务。核心协议：HTTP、HTTPS、SMTP、FTP
TCP/IP四层模型与OSI七层模型的对应关系：
- TCP/IP的应用层 = OSI的应用层 +表示层 + 会话层
- TCP/IP的网络接口层 = OSI的数据链路层 + 物理层

- 数据封装与解封装

发送端（封装）：数据从上往下传递，每一层都会加上自己的首部（Header），在数据表链路层还会加上尾部（Trailer）。
接收端（解封装）：数据从下往上传递，每一层剥掉对应的首部，交给上层处理。
PDU（协议数据单元）：
- 应用层： Message
- 传输层：Segment(TCP)/Datagram(UDP)
- 网络层：Packet（IP包）
- 数据链路层：Frame（帧）
- 物理层：Bit（比特流）

二、网络接口层（数据链路层 + 物理层）

- 核心功能

物理层：负责光/电信号的传输，定义电压、接口标准（如RJ45）。
数据链路层：负责相邻节点之间的可靠传输，封装成帧，进行MAC寻址。

- 关键协议与概念

MAC地址：网卡的物理地址，全球唯一
以太网：最常用的局域网技术。
ARP协议（地址解析协议）：
- 作用：一直IP地址，求MAC地址。
- 过程：广播发送ARP请求，单播回复ARP响应。
PPP协议：点对点协议，常用于拨号上网。

三、网际层（网络层） ——核心中的核心

- 核心功能

逻辑寻址：给主机分配IP地址。
路由选择：决定数据播报从源主机到目的主机的最佳路径（通过路由器）。
拥塞控制：防止网络过载。

- IP协议

IP地址：网络层的逻辑地址（IPv4为32位，点分十进制表示）。
IP地址分类：
- A 类：1.0.0.0 - 126.255.255.255 (默认子网掩码 255.0.0.0)
- B 类：128.0.0.0 - 191.255.255.255 (默认子网掩码 255.255.0.0)
- C 类：192.0.0.0 - 223.255.255.255 (默认子网掩码 255.255.255.0)
- D 类：多播地址。
- E 类：保留。
特殊地址：
- 127.0.0.1：本地环回地址（自己访问自己）
- 0.0.0.0：任意地址（通常用于服务器绑定所有网卡）
- 255.255.255.255：广播地址。
ICMP协议
- 作用：网络层的差错报告与诊断。
- 应用：ping命令（测试连通性）、traceroute（追踪路由路径）
子网掩码与CIDR
- 子网掩码：用于区分网络号和主机号（如255.255.255.0）
- CIDR（无类别域间路由）：192.168.1.1/24 表示前 24 位是网络号。

四、传输层——端到端的通信

- 核心功能

端口寻址：区分同一台主机上的不同应用程序
分段与重组：将应用层的数据表分成适合网络传输的小块。
流量控制：放置发送方发送的太快，接收方处理不过来。
拥塞控制：放置过多数据注入网络。

- TCP协议（传输控制协议）——重点

特点：面向连接、可靠传输、面向字节流、全双工。
端口：知名端口（0~1023）如HTTP(80), HTTPS(443)
三次握手（建立连接）：
- 客户端发送SYN（seq = x）- > 服务端
- 服务端发送SYN +ACK （seq = y,ack = x + 1）-> 客户端
- 客户端发送ACK（ack = y +1）->服务端
- 三次握手的原因：为了放置失效的请求突然到达，建立错误的连接。
四次挥手（断开连接）：
- 客户端发送FIN -> 服务端（客户端无数据发送，但能接收）
- 服务端发送ACK -> 客户端（连接处于半关闭状态）
- 服务端发送FIN -> 客户端（服务端也无数据发送）
- 客户端发送ACK -> 服务端
- 四次挥手的原因：因为TCP是券商工的，每个方向的关闭都需要单独确认。
可靠传输机制：
- 序列号与确认号：保证数据有序且不丢失。
- 超时重传：发送后没收到ACK就重发。
- 流量控制：滑动窗口协议（Window Size）
- 拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
UDP协议（用户数据报协议）
- 特点：无连接、不可靠、面向报文、首部开销小，仅占8字节、速度快。
- 适用场景：对实时性要求高蛋可容忍少量丢包场景（如视频直播、语音通话、DNS查询、TFTP）。

五、应用层

- 核心功能

为应用程序提供网络服务接口。

- 常见协议：

HTTP/HTTPS：
- HTTP：超文本传输协议，明文，端口 80。
- HTTPS：HTTP +SSL/TLS,加密传输，端口 443。
- 状态码：
  - 1xx：信息响应
  - 2xx：成功（200 OK）
  - 3xx：重定向（301永久重定向，302临时重定向，304Not Modified）
  - 4xx：客户端错误（404 Not Found，403 Forbidden，401 Unauthorized）
  - 5xx：服务器错误（500 Internall Server Error，502 Bad Gateway）
    - 无状态：HTTP协议本身不保存用户状态，通过Cookie/Session/JWT 维持状态。
- DNS：域名系统，将域名（www.baidu.com）解析为IP地址。
- FTP：文件传输协议。
- SMTP/POP3/IMAP:邮件发送和接收协议。
- WebSocket：在单个TCP连接上进行全双工通信，解决HTTP长轮询效率低的问题（用于即时通讯）。