计算机网络-TCP/IP模型&HTTP

TCP/IP网络模型概述

应用层

我们能直接接触到的就是应用层，我们手机和电脑使用的应用软件都是在应用层实现的

应用层只需要专注于为用户提供应用功能，如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等等

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

传输层有两个协议，分别是TCP和UDP

TCP 的全称叫传输控制协议（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相对来讲就很简单，只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但是实时性更好，传输效率也更高。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

应用需要传输的数据可能会非常大，直接全部传输不是很好控制，因此当传输层的数据包大小超过MSS（TCP最大报文段长度），就要将数据包分块，这样即使在传输的过程中发生丢包，也只需要重新传输这一个分块，而不需要重新发送整个数据包，每个分块被称为一个TCP段

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，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的

网络层

传输层并不负责数据从一个设备传输到另一个设备上，实际场景中的⽹络环节是错综复杂的，中间有各种各样的线路和分叉路⼝，如果⼀个设备的数据要传输给另⼀个设备，就需要在各种各样的路径和节点进⾏选择，⽽传输层的设计理念是简单、⾼效、专注，如果传输层还负责这⼀块功能就有点违背设计原则了，也就是说，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，传输层只作为应用间的数据传输媒介，帮助实现应用到应用的通信，实际传输功能交给网络层

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，如何快速找到对方呢？因此，网络层需要有区分设备的编号

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，分成四段（比如192.168.132.00），每段是8位，从0-255。但是只有单纯的IP地址虽然做到了区分设备，但是寻址起来特别麻烦，全世界那么多设备，不可能做到一个个设备去匹配的，因此，IP地址有以下两种意义：

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。举个例⼦，⽐如 10.100.122.0/24，后⾯的/24表示就255.255.255.0 ⼦⽹掩码，255.255.255.0 ⼆进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，是 24 个1，为了简化⼦⽹掩码的表示，⽤/24代替255.255.255.0

知道了⼦⽹掩码，该怎么计算出⽹络地址和主机地址呢？

将10.100.122.2和255.255.255.0进行按位与运算，就可以得到网络号

将255.255.255.0取反后与IP地址进行按位与运算，就可以得到主机号

寻址过程中，先匹配到相同的网络号（表示要找到同一个子网），才会找到相应的主机

除了寻址能力，IP协议还有另一个重要的能力就是路由，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、交换机等众多设备连接起来的，所以会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达一个网络结点，就要通过路由算法决定下一步走哪条路径，路由器寻址工作中，就是要找到目标地址的子网，找到后进而把数据包转发给对应的网络内

所以，IP协议的寻址作用是告诉我们下一个目的地该朝哪个方向走，路由则是根据下一个目的地选择路径，寻址更像导航，路由更像操作方向盘

数据链路层

生成IP头部后，接下来要交给数据链路层在IP头部前面加上MAC头部，并封装成数据帧发送到网络上

IP头部中的接收方IP地址表示网络包的目的地，通过这个地址我们可以判断要将包发到哪里，但是在以太网的世界里，这个思路是行不通的

什么是以太网呢？电脑上的以太网接口，WiFi接口、以太网交换机、路由器上的千兆，万兆以太网口，还有网线，都是以太网的组成部分。以太网就是一种在局域网内，把附近的设备连接起来，使他们进行通讯的技术

以太网在判断网络包目的地时和IP的方式不同，因此必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而MAC头部就是干这个用的，所以，在以太网中进行通信要用到MAC地址

MAC 头部是以太⽹使⽤的头部，它包含了接收⽅和发送⽅的 MAC 地址等信息，我们可以通过 ARP 协议获取对⽅的 MAC 地址。所以说，⽹络接⼝层主要为⽹络层提供「链路级别」传输的服务，负责在以太⽹、WiFi 这样的底层⽹络上发送原始数据包，⼯作在⽹卡这个层次，使⽤ MAC 地址来标识⽹络上的设备。