计算机网络第二课—

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一、网络通信模型

网络通信模型是为了规范不同设备、不同网络之间的通信流程，将复杂的网络通信功能拆分为“分层递进”的模块（层级），每一层仅完成特定的核心功能，通过层间接口协作实现完整通信。其实就是网络通信就是“寄快递”，通信功能的层级就像是寄快递的步骤，像“快递的打包、贴单、运输、派送”，而且每个层与层之间各司其职、只需要专注干自己层的事情就可以了。

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1、OSI模型（开放式的系统互联参考模型）

OSI模型是因为ISO组织为了解决不同国家和地区在发展网络的时候网络无法互联和互通问题提出的一个统一的世界标准的开放式系统互联参考模型。是网络通信的理论基础，OSI模型将网络通信功能分为7 个层级，从下到上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

层数	名称	核心职能	比喻
7	应用层	直接面向用户，提供具体的服务（如 HTTP、FTP、SMTP）。	你要寄的内容
6	表示层	数据的翻译、加密和压缩（如 SSL/TLS、JPEG 解码）。	包装和翻译
5	会话层	建立、管理和终止应用程序间的“对话”（如 RPC、NetBIOS）。	联系收件人
4	传输层	端到端的传输（TCP/UDP），负责分段、重组和错误恢复。	快递公司总部调度
3	网络层	通过 IP 地址进行路由选择（IP 协议、路由器）。	规划路线
2	数据链路层	通过 MAC 地址在局域网内传输（交换机、ARP 协议）。	片区派送
1	物理层	传输原始的比特流（网线、光纤、无线电波）。	物理运输工具

2、TCP/IP模型

TCP/IP 模型是互联网真正使用的“实战模型”（由美国国防部研发），将OSI 七层模型简化为4个层级，更贴合实际工程应用，是目前所有网络设备遵循的核心规范。

层级	对应OSI层级	核心功能	关键协议/设备	比喻
4、应用层	应用层+表示层+会话层	整合 OSI 三层功能，为应用程序提供通信接口，同时处理数据格式、加密、会话管理	HTTP、HTTPS、DNS	寄件人和收件人。你（用户）写信、打包东西的动作
3、传输层	传输层	端到端可靠/快速传输，通过端口号区分应用	TCP、UDP	快递公司总部调度
2、网络层	网络层	跨网段路由转发，IP 地址定位设备	IP、ICMP、ARP、路由器	路线规划部（导航系统）
1、网络接口层层	数据链路层+物理层	整合 OSI 两层功能，负责局域网帧传输和物理介质的比特流传输	以太网协议、交换机、网卡、双绞线	运输工具和路面。

3、封装与解封

封装的数据变成电信号（高/低电压），沿着网线进行传输，传输到目标设备后就进行解封数据

封装：数据从应用层产生以后，会还层下降到第一层。每经过一层，都会将那一层所要实现的功能，使用的协议，都天价到原始数据的前面。这个过程，叫做“数据封装”。比如Ethernet头部信息+IP头部信息+UDP头部信息+微信头部信息+原始数据

解封：数据经过“互联网”的转发，到了目标设备上时，目标设备通过网线接收到数据，然后将数据（高/低电压）转成有格式有结果的数据（数据帧），然后从第二层开始经行逐层分析，分析完后发给上一层，直到应用层得出结果，这有过程叫做数据解封装。

二、传输层核心协议：TCP与UDP

TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议）是 TCP/IP 模型传输层的两大核心协议，分别对应“可靠传输”和“快速传输”两种需求，无绝对优劣，按需选择。

1、TCP协议（传输控制协议）

TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

（1）、核心特点

面向连接：就像打电话，必须先拨号建立连接（三次握手），通话结束后挂断（四次挥手）。

可靠传输：这是 TCP 的灵魂。它通过序列号、确认应答、重传机制、流量控制、拥塞控制，保证数据不丢失、不重复、按序到达。

基于字节流： TCP 把应用程序交下来的数据看作一连串无结构的字节流，没有固定的“报文”边界（这与 UDP 不同）。发送方写入的字节，接收方按顺序读取。

优点：极高的可靠性、数据有序、流量与拥塞控制、全双工通信

缺点：传输效率相对较低、队头阻塞（Head-of-Line Blocking）、资源消耗高、不够灵活

（2）、关键机制

三次握手（建立连接）：

目的： 同步双方的初始序列号，确认双方具备收发能力。

过程： SYN（客户端请求） -> SYN+ACK（服务端确认+请求） -> ACK（客户端确认）。

四次挥手（断开连接）：

目的： 全双工通信，双方都需要独立地关闭发送通道。

过程： FIN（一方发完） -> ACK（另一方收到） -> FIN（另一方也发完） -> ACK（收到，彻底断开）。

序列号与确认应答（Seq/ACK）：

每个字节数据都有编号（序列号）。接收方收到后必须回一个“收条”（ACK），告诉发送方“我收到了，下一次请从这个编号开始发”。

超时重传：

如果发送方在一定时间内没收到“收条”（ACK），就会重新发送数据，防止丢包。

滑动窗口（流量控制）：

机制： 接收方告诉发送方自己还能接收多少数据（窗口大小）。

目的： 防止发送方发得太快，导致接收方缓冲区溢出而丢包。

拥塞控制：

机制： 慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复。

目的： 检测网络拥堵情况，动态调整发送速率，保护网络不瘫痪。

（3）、适用场景

对可靠性要求高、可接受延迟的场景，如网页访问（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、邮件发送（SMTP）、数据库连接（MySQL）。

2、UDP协议（用户数据报协议）

UDP 是传输层的核心协议之一，它的设计哲学与 TCP 完全相反：追求极致的传输速度和简单性，把可靠性交给应用层去处理。

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（1）、核心特点

无连接：通信前无需建立连接，直接发送数据，通信结束后无需释放连接；也就是发送数据前，不需要和对方“打电话”建立连接，抓起数据就往网上扔。

不可靠传输：无序列号、无确认应答、无重传机制，数据可能丢失、重复、乱序到达；也就是发送方只负责发，不管数据是否丢包、乱序或出错，也不会自动重传。

面向报文（Message-Oriented）：应用层交下来一个“包裹”，UDP 就原封不动地贴个标签发出去，保留消息边界（不会像 TCP 那样拆散重组）。

无拥塞控制： 不管网络堵不堵，想发多快就发多快。

优点：极低的延迟（速度快）、头部开销极小、支持广播和多播、无队头阻塞

缺点：不可靠传输、缺乏流量控制、容易造成网络拥堵

适用场所：对实时性要求高、可容忍少量数据丢失的场景，如视频直播、语音通话、网络游戏

3、TCP与UDP的区别

特性	TCP协议（传输控制协议）	UDP协议（用户数据报协议）
连接方式	面向连接 (需握手/挥手)	无连接 (直接发)
可靠性	可靠 (不丢、不重、有序)	不可靠 (尽力而为，可能丢包)
传输形式	面向字节流 (无边界)	面向报文 (保留边界)
速度/延迟	相对较慢 (有确认/重传开销)	极快 (无连接/无确认)
头部开销	20 字节 (复杂)	8 字节 (简单)
适用场景	网页、文件、邮件、登录	视频、语音、游戏、DNS