计算机网络本质：实现多台计算机之间的数据交换、资源共享。 两台设备想要通信，不能直接裸传二进制，必须遵守一套统一的规则，这套规则就叫协议。 学习思路：先搞懂分层模型，再逐层学习协议，最后把「浏览器访问网页全过程」完整串起来。 分层思想：把复杂网络拆成多层，每层只负责自己的工作，上层只调用下层提供的能力，不用关心下层内部怎么实现；下层不需要理解上层业务。

2.2.1 网络七层模型（OSI七层）与TCP/IP五层模型

OSI七层是理论参考模型；TCP/IP五层模型是现实互联网实际使用的模型，学习以五层为主。

OSI七层（理论）

从上到下：

  1. 应用层
  2. 表示层
  3. 会话层
  4. 传输层
  5. 网络层
  6. 数据链路层
  7. 物理层

TCP/IP五层模型（工业实际使用，重点记忆）

层级 名称 核心作用 典型协议/设备
第5层 应用层 给应用程序提供网络服务，业务数据 HTTP/HTTPS、DNS、FTP、SSH、DHCP
第4层 传输层 端到端传输，两台主机的进程之间通信 TCP、UDP；端口
第3层 网络层 跨网段寻址，路由选择，把数据包送到目标主机 IP、ARP、ICMP；路由器
第2层 数据链路层 同一个局域网内部传输，帧封装，差错检测 以太网协议、MAC地址；交换机
第1层 物理层 传输比特流0/1，电信号、光信号 网线、光纤、网卡、集线器

✅数据封装与解封装（必考）

  1. 封装（发送数据）：从上到下，每一层加上自己的头部（部分层有尾部） 应用层数据 → 传输层加TCP/UDP头部 → 网络层加IP头部 → 数据链路层加帧头帧尾 → 物理层变成01比特流通过网线发出。
  2. 解封装（接收数据）：从下到上，一层层剥掉头部，交给上层 收到比特流 → 二层剥帧头 → 三层剥IP头 → 四层剥TCP头 → 应用层拿到原始业务数据。

简单比喻：寄快递

  • 应用层：信件内容（真正要传递的数据）
  • 传输层：写好收件人、寄件人端口（哪个程序收）
  • 网络层：写收件人地址IP（哪台电脑）
  • 数据链路层：写局域网内MAC地址（同一小区交给哪一户）
  • 物理层：快递箱子、运输货车（网线光纤）

2.2.2 逐层详细讲解

第1层：物理层

不处理数据含义，只负责传输二进制比特流（0和1）。

  • 介质：双绞线网线、光纤、无线电波(WIFI)
  • 设备：网卡、光模块、集线器 只负责传递电/光信号，没有IP、MAC概念。网线断了，物理层直接不通。

第2层：数据链路层（局域网）

工作在同一个局域网内（同一个交换机下面的设备）。

  1. MAC地址（物理地址）：网卡出厂固化的48位硬件地址，唯一标识一块网卡。格式：XX:XX:XX:XX:XX:XX。

MAC只在同一个局域网生效，跨路由器之后MAC地址会发生变化。

  1. 以太网帧：二层的数据单元叫帧，包含源MAC、目的MAC、数据、校验FCS。
  2. 设备：交换机。交换机根据MAC地址转发数据，只在局域网内部转发，不会跨网段。
  3. ARP协议（重点）

作用：已知对方的IP地址，获取对方的MAC地址。 场景：同一局域网，我知道隔壁电脑IP，但是不知道它的网卡MAC，发送ARP广播询问，目标主机回复自己MAC。 ARP缓存：本机保存一张IP→MAC映射表。
注意：ARP只属于局域网，不能跨路由器。

第3层：网络层（跨网段，路由器工作层）

负责把数据包从源主机，送到不同网段的目标主机，实现跨局域网通信。

  1. IP地址：给网络上每一台主机分配逻辑地址，用来在互联网定位主机。 分为 IPv4、IPv6。
  • IPv4：32位，点分十进制，例：192.168.1.1；总地址有限。
  • IPv6：128位，冒分十六进制，解决IP地址枯竭。
  1. 子网掩码：用来区分IP地址中，哪一部分是网络号，哪一部分是主机号。判断两台机器是否处在同一个局域网。

例：192.168.1.10/24，子网掩码255.255.255.0，前24bit是网络位。

  1. 网关：本网段出口，访问外网的数据包全部发给网关（一般是路由器LAN口IP）。

没有配置网关，本机只能和局域网内部通信，无法访问互联网。

  1. ICMP协议：互联网控制报文协议。ping命令底层就是ICMP，测试网络连通性、延迟。注意：很多服务器防火墙会拦截ICMP，ping不通不代表业务不通。
  2. 路由器：网络层设备。根据IP地址做路由转发，隔离广播，连接多个不同网段。

关键点：数据包经过路由器，源/目的IP不变；二层MAC地址会不断改写。

第4层：传输层（端口 + TCP/UDP，重中之重）

网络层只能找到是哪一台主机（IP）；传输层找到主机上哪一个进程。 核心标识：端口号。 端口取值0‑65535。

  • 0‑1023：知名端口，系统服务占用
    • HTTP:80；HTTPS:443；SSH:22；DNS:53
  • 1024‑65535：动态端口，客户端程序临时使用。

举例：一台服务器同时跑网站(80端口)、ssh远程(22端口)。IP定位服务器；端口区分不同服务进程。
传输层两大核心协议 TCP、UDP，必须吃透两者区别。

UDP 用户数据报协议

  • 无连接：通信前不需要建立连接，直接发包。
  • 不可靠：不确认对方有没有收到，丢包不会重传。
  • 开销小，速度快。 适用场景：对实时性要求高，可以容忍少量丢包。

    视频通话、直播、DNS查询。

TCP 传输控制协议（可靠传输）

面向连接，通信前必须建立连接；通信结束断开连接；保证数据可靠有序到达，不丢包、不乱序。 实现可靠的机制：确认应答、超时重传、滑动窗口、拥塞控制。

TCP三次握手（建立连接）

客户端 ↔ 服务端，建立可靠连接。

  1. 客户端发送SYN报文，请求建立连接
  2. 服务端回复SYN+ACK：同意连接，并确认收到客户端请求
  3. 客户端回复ACK，确认收到服务端；连接建立，可以传输业务数据。

通俗： 客户端：“能跟你通话吗？” 服务端：“可以，我收到你的请求了。” 客户端：“收到你的回复，我们开始说话。”

TCP四次挥手（断开连接）

TCP是全双工，双方都可以单独关闭自己方向的数据发送，所以需要四次。

  1. 客户端发送FIN：我这边不再发送数据
  2. 服务端回复ACK：收到关闭请求
  3. 服务端处理完剩余数据，发送FIN：我这边也发送完毕
  4. 客户端回复ACK确认，连接正式释放。

考点：为什么握手3次，挥手需要4次？ 建立连接时服务端可以把SYN和ACK合并成一个报文；关闭连接时，收到FIN之后服务端可能还有残留数据要发送，ACK和FIN不能合并，所以需要四次。
滑动窗口：流量控制，防止发送方发太快把接收方缓冲区打爆。 拥塞控制：防止网络链路过载，动态调整发送速度。

第5层：应用层（给应用软件使用）

应用层协议，直接被程序调用。

  1. HTTP / HTTPS
  • HTTP：超文本传输协议，网页传输，明文传输，默认端口80。
  • HTTPS = HTTP + TLS/SSL加密；数据加密传输，防窃听篡改；端口443。

    请求方法：GET、POST、PUT、DELETE；状态码：200成功，404找不到，500服务器错误。

  1. DNS 域名解析协议（端口53，UDP优先） 把域名（www.baidu.com）翻译成IP地址。人记域名，网络只识别IP。

浏览器输入域名，第一步先做DNS解析拿到IP，才去访问服务器。

  1. SSH：远程登录Linux服务器，端口22，加密。
  2. FTP：文件传输协议。

完整案例：浏览器输入网址 https://www.baidu.com，按下回车，发生了什么？（必掌握，面试高频）

完整串联五层模型，按顺序：

  1. 应用层DNS解析：本机查询DNS服务器，把域名www.baidu.com解析得到服务器IP。
  2. 传输层TCP建立连接：客户端向服务器443端口发起TCP三次握手，建立TCP连接。
  3. TLS握手：HTTPS做加密协商，建立加密通道。
  4. 应用层发送HTTP请求：浏览器发出HTTP GET请求报文。
  5. 网络层IP路由：数据包带上本机IP、目标服务器IP，经过网关、多个路由器，跨互联网路由转发。
  6. 数据链路层+物理层：每经过一段链路，封装二层MAC帧，通过网线/光纤传输比特流。
  7. 服务器收到数据包，逐层解封装，拿到HTTP请求；服务器构造响应数据，原路返回。
  8. 浏览器收到响应，解析HTML、渲染页面展示。
  9. 数据传输完成，TCP四次挥手断开连接。

注意：数据包在互联网传输，每经过一台路由器，二层MAC地址不断改写，但是源IP、目的IP全程不变。

2.2.3 常用网络排查工具（实操）

  1. ping ip/域名：基于ICMP，测试连通性、延迟。
  2. tracert(Windows) / traceroute(Linux)：路由追踪，查看数据包经过哪些路由器，定位在哪一跳丢包。
  3. nslookup / dig：DNS解析测试。
  4. telnet ip 端口：测试TCP端口通不通（老旧工具）。
  5. curl：模拟发送HTTP请求，调试网页接口。
  6. Wireshark抓包工具：抓取网卡上真实数据包，可以观察五层封装后的报文。

2.2.4 高频易混淆概念梳理

  1. IP负责找主机；端口负责找主机上的进程。
  2. MAC地址：局域网内部；IP地址：跨网络全局寻址。
  3. TCP可靠，但开销大；UDP不可靠，速度快。
  4. 网关是去往外网的出口；DNS做域名‑IP翻译。
  5. 三次握手建连接，四次挥手断连接。

本阶段实操任务

  1. 画一张TCP/IP五层模型图，标注每层作用、协议、设备。
  2. 默写浏览器访问网页完整流程。
  3. 实操命令：ping、tracert、nslookup、curl，观察输出。
  4. 使用Wireshark简单抓包，看懂IP头部、TCP头部关键字段。

✅必须掌握

  1. TCP/IP五层模型，封装和解封装流程。
  2. MAC、IP、子网掩码、网关、ARP作用。
  3. TCP与UDP对比；三次握手、四次挥手原理。
  4. DNS、HTTP、HTTPS基础；端口概念。
  5. 浏览器访问网站完整全过程。

❌初学者暂时不用深挖

TLS完整握手细节、各种高级拥塞算法、BGP路由协议。先理解整体数据流。
如果你需要，我可以生成本章配套练习题（选择、简答）。