网络结构 - 计算机网络 (1) - TCP/IP 参考模型

TIP/IP参考模型与OSI参考模型

应用层

传输层及以下是工作在操作系统内核态，而应用层位于最上层是工作在操作系统用户态，是我们能够直接接触到的。

日常生活中使用的一些软件就是在应用层实现的，当我们使用软件进行数据传输（例如微信聊天）时，应用只需要把数据传递给传输层，而不需要关系数据后续是如何被传送到另一端的。

因此应用层只需要为用户提供应用功能如HTTP、TELENET、SNMP等。

传输层

传输层为应用层提供网络支持

在传输层有两个传输协议：TCP协议和UDP协议

TCP协议全称是传输控制协议，能够保证数据包传送至接收方。TCP协议会在应用层的数据包上添加传输层头部信息，包括源端口和目标端口号，这些端口号用于标识数据发送和接收的应用程序

UDP协议较简单，只负责传输数据包，不保证数据包是否抵达对方，但其实时性和传输效率较高

当来自应用层的数据过大，超过MSS（TCP最大报文长度）时，就要将数据进行分段，在TCP协议中每一段叫做TCP段。这样即使在传输过程中数据丢失，只需重新传输丢失的TCP段，而不需要重新发送整个数据包

当设备作为接收方，传输层需要将数据包转至对应的应用。但一台设备上运行的不止一个应用，因此需要编号标识不同的应用，这个编号就是==端口==

网络层

传输层只充当应用间数据传输的媒介，而实际的传输功能由网络层负责。

网络层最常使用IP协议，网络层会将来自传输层的报文作为数据部分，再加上IP包头，形成IP报文。

如果IP报文的大小超过MTU，就会再次进行分片，得到一个可发送的IP报文。

对于IPv4协议，IP地址共32位，分成四段各表示一个十进制数，每段8位。例如192.168.1.1

IP地址根据==子网掩码==分成两种意义：

• 网络号：负责标识IP地址属于哪一个子网
• 主机号：表示设备在子网中特有的编号

比如：10.100.122.0/24，后面的/24表示从左往右数，共有24个1，即11111111-11111111-11111111-00000000。将四段二进制分别化成十进制得到子网掩码255.255.255.0

得到子网掩码后，再将子网掩码和IP地址==按位与==得到网络号

将子网掩码==取反==再和IP地址==按位与==得到主机号

网络层将数据从一个设备传输至另一个设备时，先匹配网络号找到子网，再匹配主机号找到对应的设备。

IP协议除了上述寻址功能外，还具有==路由==功能。在设备之间传输数据时，大部分情况下设备间不是直接相连，中间存在很多网关、路由器、交换机等网络设备。这样设备与设备之间经过不同网络节点就会形成很多很多路径，因此当数据包到达一个网络节点，就需要通过路由算法决定下一步走哪儿。

形象地说，IP协议的寻址功能就是导航决定目的地，而路由则是方向盘决定具体路径。

网络接口层

IP报文交给网络接口层后，在IP报文头部加上MAC头部，用于确定接收方物理地址，并封装成数据帧发送到网络上

IP头部中接收方的IP地址就是网络包的目的地，可以匹配IP地址进而找到接收方，但这种匹配方式不适用于数据在以太网中传输，因为在以太网中通讯需要MAC地址来标识网络上的设备

MAC头部包含了接收方和发送方的MAC地址信息，在网络接口层加上MAC头部后数据就能在以太网确定目的地了

总结

网络接口层的传输单位是帧（frame），网络层的传输单位是包（packet），传输层的传输单位是段（segment），应用层的传输单位是报文或消息（message），这些并无本质区分都可统称为数据包。