小白文——计算机网络如何学？？

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目录

• TCP/IP ⽹络模型
  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层

计算机⽹络相⽐操作系统好学⾮常多，因为计算机⽹络不抽象，你要想知道⽹络中的细节，你都可以通过抓包来分
析。
也就是说，计算机⽹络不会因为设备的不同⽽不同，⼤家都遵循这⼀套「规则」来相互通信，这套规则就是
TCP/IP ⽹络模型。

TCP/IP ⽹络模型

对于同⼀台设备上的进程间通信，有很多种⽅式，⽐如有管道、消息队列、共享内存、信号等⽅式，⽽对于不同设
备上的进程间通信，就需要⽹络通信，⽽设备是多样性的，所以要兼容多种多样的设备，就协商出了⼀套通⽤的⽹
络协议。

应用层

最上层的，也是我们能直接接触到的就是应⽤层（Application Layer），我们电脑或⼿机使⽤的应⽤软件都是在应⽤层实现。

那么，当两个不同设备的应⽤需要通信的时候，应⽤就把应⽤数据传给下⼀层，也就是传输层。

所以，应⽤层只需要专注于为⽤户提供应⽤功能，不⽤去关⼼数据是如何传输的，就类似于，我们寄快递的时候，

⽽且应⽤层是⼯作在操作系统中的⽤户态，传输层及以下则⼯作在内核态。

传输层

在传输层会有两个传输协议，分别是 TCP 和 UDP。

TCP 的全称叫传输层控制协议（Transmission Control Protocol），⼤部分应⽤使⽤的正是 TCP 传输层协议，⽐
如 HTTP 应⽤层协议。TCP 相⽐ UDP 多了很多特性，⽐如流量控制、超时重传、拥塞控制等，这些都是为了保证
数据包能可靠地传输给对⽅。

UDP 就相对很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对⽅，但它实时性相对更好，传输效率
也⾼。当然，UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应⽤层上实现就可以，不过要实现⼀个商⽤的可靠 UDP
传输协议，也不是⼀件简单的事情。

应⽤需要传输的数据可能会⾮常⼤，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包⼤⼩超过 MSS（TCP 最⼤
报⽂段⻓度） ，就要将数据包分块。

这样即使中途有⼀个分块丢失或损坏了，只需要重新这⼀个分块，⽽不⽤重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，我们把每个分块称为⼀个 TCP 段（TCP Segment）。

当设备作为接收⽅时，传输层则要负责把数据包传给应⽤，但是⼀台设备上可能会有很多应⽤在接收或者传输数
据，因此需要⽤⼀个编号将应⽤区分开来，这个编号就是端⼝。

⽽对于浏览器（客户端）中的每个标签栏都是⼀个独⽴的进程，操作系统会为这些进程分配临时的端⼝号。

由于传输层的报⽂中会携带端⼝号，因此接收⽅可以识别出该报⽂是发送给哪个应⽤。

网络层

我们不希望传输层协议处理太多的事情，只需要服务好应⽤即可，让其作为应⽤间数据传输的媒介，帮
助实现应⽤到应⽤的通信，⽽实际的传输功能就交给下⼀层，也就是⽹络层（Internet Layer）。

⽹络层最常使⽤的是 IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报⽂作为数据部分，再加上 IP 包头组装
成 IP 报⽂，如果 IP 报⽂⼤⼩超过 MTU（以太⽹中⼀般为 1500 字节）就会再次进⾏分⽚，得到⼀个即将发送到⽹络的 IP 报⽂。

⽹络层负责将数据从⼀个设备传输到另⼀个设备，世界上那么多设备，⼜该如何找到对⽅呢？

我们⼀般⽤ IP 地址给设备进⾏编号，对于 IPv4 协议， IP 地址共 32 位，分成了四段，每段是 8 位。

因此，需要将 IP 地址分成两种意义：

• ⼀个是⽹络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个⼦⽹的；
• ⼀个是主机号，负责标识同⼀⼦⽹下的不同主机；

怎么分的呢？

这需要配合⼦⽹掩码才能算出 IP 地址 的⽹络号和主机号。那么在寻址的过程中，先匹配到相同的⽹络号，才会去找对应的主机。

除了寻址能⼒， IP 协议还有另⼀个重要的能⼒就是路由。

数据链路层

路由器怎么知道这个 IP 地址是哪个设备的呢？

每⼀台设备的⽹卡都会有⼀个 MAC 地址，它就是⽤来唯⼀标识设备的。

路由器计算出了下⼀个⽬的地 IP 地址，

再通过 ARP 协议找到该⽬的地的 MAC 地址，这样就知道这个 IP 地址是哪个设备的了。

物理层

当数据准备要从设备发送到⽹络时，需要把数据包转换成电信号，让其可以在物理介质中传输，这⼀层就是物理层
（Physical Layer），它主要是为数据链路层提供⼆进制传输的服务。

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