计算机网络的五层

目录

1. 物理层（Physical Layer）

2. 数据链路层（Data Link Layer）

3. 网络层（Network Layer）

4. 传输层（Transport Layer）

5. 应用层（Application Layer）

五层模型 vs OSI七层模型

为什么实际中常用五层模型？

数据流动示例（发送HTTP请求）

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计算机网络的五层架构通常指的是 TCP/IP五层模型（实际是四层），但为了教学和更细致的理解，常将其与OSI七层模型结合，形成一种简化的五层结构。以下是详细分层的功能、协议和典型设备：

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1. 物理层（Physical Layer）

• 功能：传输原始比特流（0和1），定义电气、机械、时序等物理特性（如电压、线缆类型、引脚标准）。
• 协议/标准：
  • 以太网（IEEE 802.3）、Wi-Fi（IEEE 802.11）
  • RS-232、光纤（如SONET/SDH）
• 设备：
  • 网线（双绞线、光纤）、集线器（Hub）、中继器（Repeater）
  • 调制解调器（Modem）

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2. 数据链路层（Data Link Layer）

• 功能：
  • 将比特流组织成帧（Frame），提供差错控制（如CRC校验）和流量控制。
  • MAC地址寻址（局域网内设备通信）。
• 子层：
  • LLC（逻辑链路控制）：与上层接口。
  • MAC（介质访问控制）：控制共享信道（如CSMA/CD）。
• 协议/标准：
  • 以太网（Ethernet）、PPP（点对点协议）、VLAN（IEEE 802.1Q）
  • ARP（地址解析协议，介于网络层与数据链路层）
• 设备：
  • 交换机（Switch）、网桥（Bridge）

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3. 网络层（Network Layer）

• 功能：
  • IP地址寻址、路由选择（决定数据包从源到目的地的路径）。
  • 分组（Packet）的封装与转发。
• 协议：
  • IPv4/IPv6、ICMP（ping命令）、OSPF/BGP（路由协议）
  • NAT（网络地址转换）
• 设备：
  • 路由器（Router）、三层交换机

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4. 传输层（Transport Layer）

• 功能：
  • 端到端通信（进程到进程），提供可靠传输（如TCP）或高效传输（如UDP）。
  • 流量控制（滑动窗口）、拥塞控制（如TCP的慢启动）。
• 协议：
  • TCP（面向连接，可靠传输，如HTTP、FTP）
  • UDP（无连接，低延迟，如DNS、视频流）
• 关键概念：
  • 端口号（区分应用进程）、三次握手/四次挥手（TCP连接管理）

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5. 应用层（Application Layer）

• 功能：直接面向用户，提供网络服务接口（如浏览器、邮件客户端）。
• 协议：
  • HTTP/HTTPS（网页浏览）、DNS（域名解析）
  • FTP（文件传输）、SMTP/POP3（电子邮件）
  • WebSocket（实时通信）、MQTT（物联网）
• 设备/软件：
  • 应用程序（如Chrome、Outlook）、网关（Gateway）

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五层模型 vs OSI七层模型

TCP/IP五层	OSI七层	主要差异
应用层	应用层、表示层、会话层	OSI将会话管理（如SSL）、数据格式（如加密）拆分为独立层。
传输层	传输层	完全对应
网络层	网络层	完全对应
数据链路层	数据链路层	完全对应
物理层	物理层	完全对应

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为什么实际中常用五层模型？

1. 简化设计：OSI的表示层、会话层在TCP/IP中通常由应用层协议（如TLS/SSL）直接实现。
2. 贴近现实：TCP/IP协议栈是互联网的实际标准，五层模型更易与实际协议（如HTTP、IP）对应。

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数据流动示例（发送HTTP请求）

1. 应用层：浏览器生成HTTP请求（GET /index.html）。
2. 传输层：TCP封装（添加源/目的端口，如80）。
3. 网络层：IP封装（添加源/目的IP地址）。
4. 数据链路层：以太网封装（添加MAC地址，通过ARP获取）。
5. 物理层：转换为电信号/光信号传输。

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掌握五层模型能快速定位网络问题（如ping不通查网络层，网页打不开查应用层）。