计算机网络知识点全梳理（一.TCP/IP网络模型）

TCP/IP网络模型概述

应用层

什么是应用层

应用层功能

应用层协议

传输层

什么是传输层

传输层功能

传输层协议

网络层

什么是网络层

网络层功能

网络层协议

数据链路层

什么是数据链路层

数据链路层功能

物理层

物理层的概念和功能

写在前面

本系列文章：

计算机网络知识点全梳理（二.HTTP知识点总结）

计算机网络知识点全梳理（三.TCP知识点总结）

计算机网络知识点全梳理（四.IP知识点总结）

TCP/IP网络模型概述

在同一台设备上，进程间通信可以通过多种机制实现，例如管道、消息队列、共享内存和信号等。当涉及到不同设备上的进程间通信时，就需要依赖网络通信。由于设备种类繁多，为了实现广泛的兼容性，人们制定了一系列通用的网络协议来标准化通信过程。这些协议确保了不同设备间能够有效地进行数据交换和通信。

网络模型是分层的，有五层（应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层），也可分为四层（把数据链路层和物理层合并为网路接口层）。

下面对每一层进行介绍。

应用层

什么是应用层

应用层是TCP/IP网络模型中的最顶层，它位于传输层之上，直接与用户和应用程序交互。应用层的主要目的是为应用程序提供访问网络服务的接口和协议，使得用户可以方便地使用网络资源。

应用层功能

应用层使得用户可以无缝地使用网络应用，而无需了解背后的网络技术细节。

比如说网页浏览：当你使用浏览器访问一个网站时，浏览器会通过HTTP或HTTPS协议与网站的服务器进行通信。应用层在这里负责处理网页请求和响应的格式化，以及确保数据的安全传输。

应用层协议

HTTP（超文本传输协议）：用于网页浏览。
HTTPS（安全超文本传输协议）：HTTP的安全版本，使用SSL/TLS加密。
FTP（文件传输协议）：用于文件的上传和下载。
SMTP（简单邮件传输协议）：用于发送电子邮件。
IMAP（互联网消息访问协议）：用于访问和管理电子邮件。
DNS（域名系统）：将域名转换为IP地址。

传输层

什么是传输层

应用层的数据包会传给传输层，传输层（Transport Layer）是为应用层提供网络支持的。传输层的主要功能是为应用程序提供端到端的通信服务，确保数据的完整性和可靠性。

传输层功能

数据分段：传输层负责将应用层发送的大型数据分割成较小的单元，这些单元在网络层中被称为数据包或分组。

流量控制：传输层通过滑动窗口机制来控制数据的发送速率，防止发送方的数据流量超过接收方的处理能力。

错误检测和纠正：传输层提供错误检测机制，确保数据在传输过程中的完整性。如果检测到错误，传输层可以请求重传损坏的数据包。

拥塞控制：传输层监控网络的拥塞情况，并相应地调整数据传输速率，以避免网络过载。

端口管理：传输层使用端口号来区分同一主机上运行的不同服务，允许多个应用程序同时使用网络。

传输层协议

传输层主要采用两种协议：TCP和UDP。

TCP，即传输控制协议（Transmission Control Protocol），是大多数应用的首选，包括HTTP等应用层协议。TCP提供了一系列特性以确保数据传输的可靠性，包括流量控制、超时重传和拥塞控制。
UDP（用户数据报协议）则更为简洁，它仅负责数据包的发送，不保证数据的到达，这使得UDP在实时性和传输效率方面具有优势。

网络层

什么是网络层

网络层的主要功能是负责数据包从源到目的地的传输和路由选择。在现实世界的网络环境中，数据传输路径错综复杂，涉及多种线路和节点。网络层的设计宗旨在于高效地处理这些复杂的路由选择，确保数据能够顺利地从源头到达目的地。

网络层功能

路由选择：实际场景中，两台设备并不是用一条网线连接起来的。而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的，那么就会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达⼀个网络节点，就需要通过算法决定下⼀步走哪条路径。

逻辑寻址：网络层使用IP地址来标识网络上的每个设备，确保数据包能够被正确地寻址和传输。

分组转发：网络层将传输层传来的数据分割成较小的单元，称为数据包或分组，并通过网络进行转发。

拥塞控制：虽然拥塞控制主要在传输层实现，但网络层也参与监控网络流量，以避免网络拥塞。

网络层协议

网络层的主要协议是互联网协议（IP），它包括：

IPv4：当前最广泛使用的互联网协议版本，使用32位地址，提供大约43亿个地址。
IPv6：为了解决IPv4地址耗尽问题而设计的下一代互联网协议，使用128位地址，极大地扩展了地址空间。

数据链路层

什么是数据链路层

数据链路层是TCP/IP网络模型和OSI七层模型中的第二层，它位于物理层之上，网络层之下。这一层的主要任务是为网络层提供可靠的数据传输服务，确保数据帧在相邻节点之间的物理网络中无差错传输。

数据链路层功能

在现实世界的网络环境中，不同的网络（如你家和我家的网络）是相互独立的。数据传输不仅可以在同一个网络内部进行，还可以跨越不同的网络。当数据需要跨越网络时，路由器作为连接不同网络的关键设备，利用其路由表来确定数据包的下一跳IP地址。

路由器如何识别特定IP地址对应的设备呢？这就需要数据链路层的介入。数据链路层负责在网络中的设备间建立链路级别的传输服务。每台设备的网卡都分配有一个唯一的MAC地址，用于标识该设备。路由器在确定了下一跳的IP地址后，会通过地址解析协议（ARP）来查询该IP地址对应的MAC地址，从而确保数据能够准确地传输到目标设备。

简而言之，数据链路层通过MAC地址为网络层提供了必要的链路级别传输服务，使得路由器能够有效地在不同网络间转发数据包。