初识网络通信，网络发展背景，TCP/IP五层模型简介

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原创 2026-10-16 10:57:47 388 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Qt+WebAssembly学习笔记（六）win10+Qt6.4.0rc1开发环境搭建前言：因项目的缘故，笔者有段时间没测试了，官方也修复了很问题，笔者今天记录下最新版本环境搭建。阅读详情

前言

hello hello💕，这里是洋不写bug~😄，欢迎大家点赞👍👍，关注😍😍，收藏🌹🌹
从这篇博客开始进入到网络通信部分的解析，这部分知识内容是非常多的，
这篇博客会解析一些网络通信的基础内容，包括：计算机网络的发展背景、网络通信中的术语、TCP/IP五层模型的基础解析
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🎆铁汁们对于JavaEE的各种常用核心语法，都可以在上面的JavaEE专栏学习，专栏正在持续更新中🏀，有问题可以写在评论区或者私信我哦~

1，网络发展背景

网络的发展过程还是比较有趣的，这部分铁汁们可以当成小故事来看

在19世纪末到二战结束这段时间，最先进的通信方式基本上就是电话和电报
60年代初美苏冷战持续升级，美国军方开始推进世界上第一个计算机网络——阿帕网（APRA）的研发

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当时搭建的网络，节点（设备）和节点之间的连接关系是错综复杂的，有很多的冗余路径，这样设计的好处就是一个节点要跟另一个节点通信，有多条路径能走（可以用其他节点作为数据中转站），这样能够在遭受核打击时，就算部分节点损坏，网络整体的通信功能不至于瘫痪

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冷战结束前后，计算机开始快速的发展，大概是2000年，国内计算机开始大规模出现，但是此时的计算机大多是没有网络的，玩游戏也只能玩单机游戏

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在2003年之前，在网吧中玩游戏，如果想要跟真人玩家对抗，需要通过局域网，基本上只能跟同网吧的玩家联机对战，原理就是通过网线把要联机对战的计算机连接到一台交换机上，交换机传输交换数据，让两台计算机能够联机

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比如网吧中的六台机子想要联机PK一下，就把这六台机子通过网线连到交换机上，六台机子可以相互传输数据，整体就构成了一个局域网

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2003年之后，网吧开始逐渐接入互联网，越来越多的游戏能够全国联机，但是初期网络可能时常有卡顿

前面提到通过交换机将设备连接起来，组成一个局域网，就可以通过路由器将这些局域网连接起来，构成一个更大的网络；再通过一个更大的路由器，把这些大的网络再连接起来，这样以此类推，就构成了广域网，如下图

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这个广域网和局域网只是相对的概念，一般一个机房，或者一栋楼中搭建的网络就是局域网；连通一座城市、或者连通一个省，就是广域网
最大的广域网就是互联网，互联网是把世界上无数个局域网连接在一起，进行全球通信

2007年，乔布斯发布初代iPhone，是移动互联网时代的标志性起点，移动互联网的核心特征：互联网不再绑定台式电脑，而是随时随地，由随身便携智能终端（手机）接入网络。

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2010年，乔布斯发布iPhone4，把智能手机带入成熟时代，相比之前的手机可以说是全面升级

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此后安卓系统也开始崛起，三星、华为、小米手机接踵而至，手机开始蓬勃发展，也进入了程序员的黄金时代，因为很多app都需要程序员来开发

2，网络基础

1，IP

在JDBC连接mysql数据库时（代码如下），jdbc:mysql://127.0.0.1中的127.0.0.1就属于是IP地址

Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://127.0.0.1:3308/first_database?characterEncoding=utf8" + 
                          "&serverTimezone=Asia/Shanghai&allowPublicKeyRetrieval=true&useSSL=false", "root", "123456");

IP地址作用就是区分网络上的设备，原则上是希望每个设备都有唯一的IP地址（实际会复杂一些，这个具体会在后面网络通信部分博客详细解析），铁汁们可以用下面的这个链接查询下自己的IP地址，IP跟上网地区是强相关的，通过IP大概就能知道在哪个地区，但肯定是没法精确定位的

查询网站

IP地址是用32位二进制来表示的，为了方便显示，一般把32位IP地址划分成4个部分，每个部分8位，显示的时候用十进制显示的，8位二进制，十进制的范围就是0 - 255

IP地址就类似于网购时的收货地址，例如河南省洛阳市洛龙区河南科技大学

2，端口号

端口号是为了区分设备上的不同应用程序，因为设备之间传输数据，要搞清楚是哪个程序要接收的
在jdbc编程中，连接mysql数据库时，3308就是博主计算机mysql的端口号

IP地址就是收件地址，就像快递，单凭收件地址，不一定能保证送到接收方手中，还要有电话号，快递员送到附近时打电话联系下接收方
这个端口号就和电话号的功能类似，保证数据精准的送到接收方手中

3，协议

网络传输数据有三种方式：

光信号，通过光纤传播，在光纤中传播激光，通过调节光的幅度、相位、偏振，来表示0/1
电信号，通过网线传播，通过高低电平表示0/1，电平是人为规定的电压区间代表的逻辑状态，用来表示 0 或者 1
例如3.3V单片机，规定2.0V ~ 3.3V为高电平（逻辑 1），0V ~ 0.8V → 低电平（逻辑 0）
电磁波，连接WiFi传输信息就是通过电磁波，通过调节电磁波的频率、幅度、相位来表示0/1

那在传播时要提前制定好一些规定，比如怎样表示0，怎样表示1（例如2.0V ~ 3.3V为表示1，0V ~ 0.8V表示0），这些规定就是协议（协议涵盖的内容非常多，包括01串里面哪部分是数据，哪部分是IP地址等等，还是比较复杂的）

4，五元组

进行一次通信，需要5个信息：源IP、源端口、目标IP、目标端口、协议类型，这5个信息就称为五元组

这个还是可以类比快递来理解：
发件人地址（源IP）、发件人电话（源端口）
收件人地址（目标IP）、收件人电话（目标端口）
走的快递类型，例如圆通/顺丰/申通（协议类型）

3，分层管理

由于网络通信是一个很复杂的过程，所以如果只用一个协议来描述，这个协议就会特别复杂，因此就把网络通信拆分为多层，每层有每层的协议（数据传输规则），每层负责特定的内容，每层不需要关心其他层的协议
这样做还可以解耦合，灵活的对协议进行替换

拿电话机类比下，分为语言层和通信设备层，语言层有汉语协议，通信设备层有电话机协议

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对于通信设备层来说，是不关心语言层的协议，不管语言层是汉语协议，还是英语协议，都无所谓，通信设备层只需要通过电话机协议传播语音信号即可

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同时，语言层也无需关注通信设备层的协议，假如通信设备换成了对讲机，采用无线电协议，对语言层来说，这个语音信号靠什么协议传播是无所谓的，只需要确保对方能听懂我的语言即可

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如下图，对于分层，比较经典的就是OSI参考模型，分成了7层，这个分层特别详细，但是OSI因为分层过于繁琐，以及协议设计复杂原因，在实际使用上已经基本上被淘汰了，现在主要在教学上使用
在实际开发中，使用的是TCP/IP模型，更加简化

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对于TCP/IP模型来说，很多时候为了教学方便，会将底层的网络接口层拆分为物理层和数据链路层，拆分成5层的体系结构
从下到上依次是物理层、数据链路层、网络层（网际层）、传输层（运输层）、应用层

这里解析TCP/IP模型，也是按照拆分为5层来解析，在解析时也会类比快递运输：

物理层：也就是网络通信中依赖的硬件设施，例如网线、光纤、天线（这些东西和程序员关系不大，通信专业的铁汁可能会比较了解这部分内容🐵）
数据链路层：负责两个相邻节点（前面画的广域网的图中，各局域网和路由器的通信，局域网路由器和大路由器的通信，都属于两个相邻节点的通信）之间的通信，通过网线/光纤/无线信号/直接相连两个设备
网络层：负责两个节点之间的路径规划
传输层：不关心中间的传输过程，只关心传输的起点和终点
应用层：也就是数据到了应用程序中，数据如何处理，需要程序员来写代码

这个用网购快递的过程来类比，就很好理解，从应用层开始：

例如在网上买了一个本子，那这个本子买回来怎么用，用来记东西或者用来垫桌子，这是我们自己决定的，卖家和快递公司是不关心这些东西的，如何使用就是应用层
传输层就相当于是我们和卖家，我们关心这个本子是从哪里发过来的，来推断物流时间；卖家只关心我们的地址，要在发货单上打出来
网络层就相当于快递公司通过发货地址和收获地址来规划运送路线，例如从北京到洛阳，那就可以拆分为北京 -> 郑州 -> 洛阳
数据链路层负责相邻两个节点的通信，例如从北京到郑州，用火车运输，从郑州到洛阳，用货车运输
物理层就相当于是快递运输中，公路/铁路这些基础设施

对于计算机的主机而言，它的操作系统实现了从传输层到物理层的内容，也就是TCP/IP五层结构的下四层
对于路由器，它实现了从网络层到物理层，也就是TCP/IP五层模型的下三层
对于交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也就是TCP/IP五层模型的下两层

在实际情况中，路由器和交换机的界限越来越模糊了，一些路由器的功能，交换机也有，交换机的功能，路由器也有。

就拿5层的TCP/IP结构来看，分析下发送信息时，这5层是如何运转的，假设是在QQ中发送信息

用户在聊天对话窗口的打字栏中输入hello，并点击发送，QQ程序就能获取到这个要发送的“hello"字符串，把这个”hello“按照一定的协议构造成应用层数据包（不同软件构造应用层数据包的协议可能不一样的，这个是程序员自己定义的）
假设QQ的应用层数据包格式为：发送者id + 接收者id + 消息的发送时间 + 消息的正文，假设发送者id是1234，接收者id是5678，如下图，接着通过系统的API（函数式接口），把这个数据包交给下一层（传输层）
传输层接收到来自应用层的数据包，按照传输层的协议，构造出传输层数据包，传输层的协议主要为TCP和UDP（后续博客详细解析）
假设这里采用的是UDP协议，那就在应用层数据包的前面加个UDP报头即可，报头中的内容主要是源端口号和目的端口号，应用层数据包部分作为UDP的载荷，UDP数据包由报头 + 载荷组成（如下图），传输层把构造好的传输层数据包，调用对应的API，交给网络层

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网络层最主要的协议就是"IP协议"，IP协议会在传输层数据报的基础上，加上IP报头（如下图），接着把数据包传输给数据链路层，网络层是总领整个通信的，源/目的IP就是起点和终点

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对于不同的联网方式来说，数据链路层的协议是不同的，如果是插网线，就是以太网 Ethernet协议；如果是连接WiFi，就是802.11协议；像手机的5G网络通信，就用到了不只一个协议
假设是以太网 Ethernet协议，就是在IP数据报的基础上拼接上以太网帧头和帧尾，数据链路层只负责相邻节点的数据传输，帧头中的内容是源/目的MAC地址，作用是在局域网内部寻址，找下一跳设备，每经过一台设备，链路层帧拆除重封装，目的 MAC 就会改变
数据链路层再把数据包传输给物理层

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