计算机网络核心网络模型

计算机网络核心网络模型

计算机网络模型是网络通信的分层架构标准 ,通过分层解耦不同功能,让不同硬件、系统、协议能互通协作。主流分为OSI 七层模型(理论标准)TCP/IP 四层模型(实际工业实现) ,本文从分层职责、协议对应、数据封装、对比差异全维度梳理。

一、OSI 七层参考模型(理论经典)

OSI(Open Systems Interconnection,开放系统互连)模型由 ISO 制定,是理论化的分层标准 ,用于网络设计与教学,无实际工业落地,核心价值是清晰拆分通信全流程

1. 分层结构 & 核心职责(自下而上)

层级 名称 核心功能 关键作用
7 层 应用层 为应用程序提供网络服务接口 直接面向用户,处理应用层协议交互
6 层 表示层 数据格式转换、加密 / 解密、压缩 / 解压缩 统一数据编码,解决不同系统格式差异
5 层 会话层 建立、管理、终止通信会话 维护会话同步,控制数据传输的收发顺序
4 层 传输层 端到端数据传输、流量 / 拥塞控制 负责进程间通信,分可靠 / 不可靠传输
3 层 网络层 路由选择、逻辑地址寻址、分组转发 选择最优路径,跨网段传输数据包
2 层 数据链路层 帧封装、物理地址寻址、差错检测 将比特流组成帧,解决相邻节点传输
1 层 物理层 物理介质传输比特流(0/1) 定义电压、接口、光纤、网线等硬件规范

2. 各层典型协议 & 设备

  • 应用层:HTTP/HTTPS、FTP、DNS、SMTP、DHCP
  • 表示层:SSL/TLS(部分场景)、JPEG/ASCII 编码
  • 会话层:RPC、NetBIOS
  • 传输层:TCP、UDP、SCTP
  • 网络层:IP(IPv4/IPv6)、ICMP、ARP、OSPF、BGP
  • 数据链路层:Ethernet(以太网)、PPP、MAC
  • 物理层:RJ45、光纤、集线器、中继器
  • 跨层设备:交换机(二层)、路由器(三层)、网关(高层)

二、TCP/IP 四层模型(工业实际标准)

TCP/IP 模型是互联网实际使用的架构,基于 OSI 简化而来,所有网络通信均基于此实现,也是面试、开发的核心考点。

1. 分层结构 & OSI 对应关系

TCP/IP 四层 对应 OSI 层级 核心职责
应用层 OSI 7+6+5 层 整合会话、表示、应用层功能,实现应用交互
传输层 OSI 4 层 端到端传输控制,同 OSI 传输层
网际层 OSI 3 层 路由寻址与分组传输,同 OSI 网络层
网络接口层 OSI 2+1 层 整合数据链路、物理层,负责物理介质通信

2. 核心协议簇

  • 应用层:HTTP/HTTPS、DNS、FTP、Telnet、SSH
  • 传输层:TCP(可靠)、UDP(不可靠)
  • 网际层:IPv4/IPv6、ICMP(ping)、ARP(IP→MAC)
  • 网络接口层:以太网协议、Wi-Fi、PPP

三、数据封装与解封装(通信核心流程)

数据在网络传输中会自上而下封装,自下而上解封装,每层添加对应头部信息,实现分层协作:

  1. 封装(发送端) :应用层数据 → 传输层(加 TCP/UDP 头)→ 网络层(加 IP 头)→ 数据链路层(加 MAC 头 / 尾)→ 物理层(转比特流)
  2. 解封装(接收端) :物理层比特流 → 链路层(剥 MAC 帧头)→ 网络层(剥 IP 头)→ 传输层(剥 TCP/UDP 头)→ 应用层(还原原始数据)

各层数据单元名称

  • 应用层:数据(Data)
  • 传输层:报文段(Segment,TCP)/ 用户数据报(Datagram,UDP)
  • 网络层:分组 / 数据包(Packet)
  • 数据链路层:帧(Frame)
  • 物理层:比特流(Bit)

四、OSI vs TCP/IP 核心差异

对比维度 OSI 七层模型 TCP/IP 四层模型
定位 理论参考模型,通用标准 工业实现模型,互联网事实标准
分层 分层精细,会话 / 表示层独立 分层精简,合并高层与底层
可靠性 支持面向连接 + 无连接 传输层区分 TCP(面向连接)、UDP(无连接)
落地性 无实际商用实现 全球互联网通用,所有设备兼容
学习价值 打基础、理解分层思想 实战开发、面试核心

五、高频面试考点总结

  1. 路由器工作在网络层(三层) ,交换机工作在数据链路层(二层)
  2. ARP 协议实现IP 地址到 MAC 地址的解析,属于网络层;
  3. TCP/UDP 是传输层协议,核心区别是可靠传输与效率;
  4. HTTP/HTTPS 属于应用层,依赖传输层 TCP 实现可靠连接;
  5. 数据封装时,每层只识别本层头部,不关心上层数据内容。

博客文末小互动

你在网络模型学习中,最容易混淆的是哪一层的协议 / 设备?欢迎评论区交流~后续将更新TCP 三次握手 / 四次挥手HTTP/HTTPS 详解等网络核心笔记,敬请关注。

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