网络参考模型是网络工程学习的核心基石，它以分层架构搭建起统一的思维框架，串联起协议、设备、传输机制等零散知识点，既为网络设计、配置与故障排查提供实操准则，也成为行业技术沟通的通用语言，是后续深入学习路由、交换、网络安全等内容的必备前提。
本文主要讲述OSI参考模型和TCP/IP参考模型，理解数据的定义和传递过程，理解网络参考模型概念及优势，了解整个数据的传递过程。
- 知识重点：OSI参考模型和TCP/IP参考模型以及数据传递的整个过程
- 知识难点：数据的封装以及解封装
一、OSI 参考模型：网络分层的标准化基石
1.1 模型诞生的背景与设计目标
20 世纪 80 年代，ISO（国际标准化组织）为解决不同厂商设备互操作性问题，提出 OSI（开放式系统互联）参考模型。其核心思想是将网络通信划分为 7 个功能层，每层定义明确的接口和协议，实现 "分层解耦"：
- 分层优势：便于独立开发、调试和升级，某层技术更新不影响其他层；故障定位更精准，可快速定位到具体层级问题。
1.2 OSI 七层模型详解
| 层级 | 核心功能 | 典型协议 / 技术 |
|---|---|---|
| 应用层 | 为用户程序提供网络服务接口，如文件传输、远程登录、邮件发送等。 | HTTP、FTP、Telnet、SMTP |
| 表示层 | 负责数据格式转换（如 JSON/XML 解析）、加密解密（SSL/TLS）和压缩解压。 | ASCII、JPEG、PKCS#7 |
| 会话层 | 管理端到端通信会话，包括会话建立（如 TCP 连接初始化）、维护和终止。 | RPC、NetBIOS、ZIP 协议 |
| 传输层 | 实现端到端可靠（TCP）或不可靠（UDP）传输，通过端口号区分上层应用。 | TCP、UDP、SCTP |
| 网络层 | 提供逻辑寻址（IP 地址）和路由选择，解决跨网络数据转发问题。 | IP、ICMP、IGMP、ARP/RARP |
| 数据链路层 | 在相邻节点间传输数据帧，通过 MAC 地址寻址，实现差错检测（CRC 校验）。 | Ethernet、PPP、HDLC、802.11 |
| 物理层 | 定义物理介质（电缆、光纤）的电气特性、信号编码和传输速率，传输比特流。 | RJ45、IEEE 802.3、光纤标准 |
为什么会出现OSI参考模型？
简单点来说，是因为需要制定标准，只有指定标准，大家才能互相一起工作，彼此之间认识对应的报文和信息，同时OSI把网络分为七层的好处便于我们开发和排错。
二、TCP/IP 参考模型：互联网的实际运行框架
2.1 从 OSI 到 TCP/IP 的演进
OSI 模型虽理论完善，但协议栈复杂、实现难度高，未大规模商用。20 世纪 90 年代，基于 TCP（传输控制协议）和 IP（网际协议）的TCP/IP 模型崛起，成为互联网事实标准。现在用得最多的是TCP/IP对等模型，把上三层统一定义为应用层，其作用就是用于产生数据，下四层不变。
- 应用层：融合 OSI 的应用层、表示层、会话层，直接处理用户级协议（如 HTTP、DNS）。
- 传输层：同 OSI 传输层，核心协议 TCP（可靠）和 UDP（高效）。
- 网络层：专注 IP 寻址与路由，支持跨网络通信。
- 数据链路层 + 物理层 ：合并为网络接口层，处理物理介质接入。
2.2TCP/IP常见协议
应用层：HTTP(80)，Telnet(23)，FTP(20,21)，SMTP(25)，TFTP(69)
传输层：TCP，UDP
网络层：ICMP，IP
数据链路层：PPP，Ethernet，PPPoE
****2.3 TCP和UDP，****传输层：端到端通信的 "桥梁"
- TCP：面向连接的可靠传输，通过 "三次握手" 建立连接，"四次挥手" 断开连接，确保数据有序、无丢失（如 HTTP 依赖 TCP）。
- UDP：无连接的高效传输，不保证可靠性，适用于实时场景（如视频会议、DNS 查询）。
报文格式
端口号
客户端使用的源端口一般随机分配，目标端口则由服务器的应用指定
源端口号一般为系统中未使用，且大于1023
目的端口号为服务端开启的应用所侦听的端口，如HTTP缺省使用80
其目的端口号的作用就是把数据具体交给这台主机的哪种服务
三、TCP 连接管理：可靠传输的 "握手礼仪"
5.1 三次握手：连接建立的 "确认机制"
- 客户端→服务器：发送 SYN 报文（序列号 Seq=x），请求建立连接。
- 服务器→客户端：回复 SYN+ACK 报文（确认号 Ack=x+1，自身 Seq=y），确认请求并同步序列号。
- 客户端→服务器 ：发送 ACK 报文（Ack=y+1），连接正式建立。
首先通过三次握手建立链接，就是因为双方都确认且回复，所以是可靠的链接
TCP的序列号和确定序列号
就是通过使用序列号和确认序列号来保障数据传输到位
5.2 四次挥手：连接释放的 "安全终止"
- 客户端→服务器：发送 FIN 报文（Seq=m），请求关闭连接。
- 服务器→客户端：回复 ACK 报文（Ack=m+1），确认收到关闭请求，继续处理剩余数据。
- 服务器→客户端：数据处理完毕，发送 FIN 报文（Seq=n），请求关闭服务器到客户端的连接。
- 客户端→服务器 ：回复 ACK 报文（Ack=n+1），连接彻底关闭。
设计原因：服务器可能需延迟关闭（处理未发完的数据），故挥手需四次。
四、地址解析协议（ARP）
本质上就是请求对方的MAC地址，数据需要封装，通过ARP请求获取到对方的MAC地址，来完成数据的整个封装
(1)在发送数据前，设备会先查找ARP缓存表。如果缓存表中存在对方设备的MAC地址，则直接采用该MAC地址来封装帧，然后将帧发送出去。如果缓存表中不存在相应信息,则通过ARP来获取。
(2)主机通过发送ARP Request报文来获取对端主机的MAC地址，ARP Request是广播数据帧，因此交换机收到后，会对该帧执行泛洪操作
(3)对端主机通过发送ARP Reply报文来响应请求。此时对端主机已知主机的MAC地址，因此ARP Reply是单播数据帧。
(4)获取到对方主机的MAC地址，此时可以完成封装，数据正常转发
五、数据的封装以及解封装
（1）封装
应用层产生数据，到传输层封装TCP头部，到网络层再次封装IP头部，到数据链路层封装以太网头部，最后变成0和1在传输介质上传递过去。
总体来说，通过数据链路层和网络层（MAC地址和IP地址），我可以定位网络中的哪台主机，然后传输层的作用就是通过具体的端口号找到这台主机的哪种服务，就好比我通过IP地址和MAC地址找到这台主机，如果目的是80号端口，我就把数据丢给这台主机的HTTP服务，如果目的是23号端口，我就把数据丢给这台主机的Telnet服务。
（2）解封装
首先解开以太网头部，看到源目MAC地址，再解开网络层头部，看到源目IP地址，再解开TCP头部，看到源目端口号，最终把数据传递到指定对应的位置。
六、从理论到实践：网络参考模型的价值
6.1 标准化的力量
OSI 与 TCP/IP 模型通过分层架构，实现了不同厂商设备的互操作性。例如，Windows 电脑可通过 HTTP 访问 Linux 服务器，底层依赖 TCP/IP 协议的统一规范。
6.2 故障排查的 "分层思维"
当网络故障发生时，可按层定位：
- 物理层：检查网线是否松动、信号是否衰减。
- 数据链路层：查看 MAC 地址是否冲突、帧校验是否失败。
- 网络层：追踪 IP 路由是否正确、是否存在地址冲突。
- 传输层：分析 TCP 连接状态（如 TIME_WAIT 过多导致端口占用）。
- 应用层：验证端口是否开放、协议交互是否符合规范。
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