计算机网络 on PlumePHP

14. 网络模型与协议

Wed, 05 Aug 2026 00:00:00 +0000

1. 为什么需要分层模型

网络通信涉及硬件、软件、协议等复杂环节，分层可以将庞大问题拆解为多个可管理的子问题，每层只负责特定功能。

分层的优点：

各层独立：层内修改不影响其他层
标准化：统一接口，不同厂商设备可互通
可复用：下层服务可为多种上层协议共用

2. OSI 七层模型

┌─────────────┬──────────────┬────────────────────────────────┐
│ OSI 层 │ PDU │ 典型协议/设备 │
├─────────────┼──────────────┼────────────────────────────────┤
│ 7 应用层 │ 数据 │ HTTP、FTP、SMTP、DNS、SSH │
│ 6 表示层 │ 数据 │ TLS/SSL、JPEG、ASCII、MPEG │
│ 5 会话层 │ 数据 │ NetBIOS、RPC、PPTP │
│ 4 传输层 │ 段/数据报 │ TCP、UDP、SCTP │
│ 3 网络层 │ 分组 │ IP、ICMP、ARP、OSPF、BGP │
│ 2 数据链路层 │ 帧 │ Ethernet、PPP、Wi-Fi、交换机 │
│ 1 物理层 │ 比特 │ 网线、光纤、集线器、中继器 │
└─────────────┴──────────────┴────────────────────────────────┘

记忆口诀：All People Seem To Need Data Processing（每层首字母）

15. 网络层与路由

Wed, 05 Aug 2026 00:00:00 +0000

1. IP 协议概述

网络层负责逻辑寻址和分组转发，核心协议是 IP（Internet Protocol），提供无连接、不可靠的点到点数据传输。

1.1 IPv4 报头结构

 0 1 2 3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |Flags| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live | Protocol | Header Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Destination Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options (if IHL > 5) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Version: 4 (IPv4) / 6 (IPv6)
IHL: 头部长度，单位 4 字节（最小 5 = 20 字节）
TTL: 生存时间，每经过一个路由器减 1，到 0 丢弃
Protocol: 上层协议（6=TCP, 17=UDP, 1=ICMP）

2. IP 编址

2.1 IPv4 地址分类

类别	首字节范围	默认掩码	网络位	主机位	用途
A	1-126	255.0.0.0	8	24	大型网络
B	128-191	255.255.0.0	16	16	中型网络
C	192-223	255.255.255.0	24	8	小型网络
D	224-239	—	—	—	组播
E	240-255	—	—	—	保留实验

私有地址（RFC 1918）：

16. 数据链路层

Wed, 05 Aug 2026 00:00:00 +0000

1. 数据链路层职责

数据链路层负责相邻节点间的可靠数据传输，核心功能：

成帧：将网络层分组封装成帧

物理寻址：MAC 地址标识设备

差错检测：CRC 校验

介质访问控制：解决多设备共享信道冲突

2. 以太网帧格式

2.1 Ethernet II（最常用）

 6 bytes 6 bytes 2 bytes 46-1500 bytes 4 bytes
 ┌─────────┬─────────┬─────────┬──────────────┬─────────┐
 │ 目的 MAC │ 源 MAC │ 类型 │ 数据 │ FCS │
 │ │ │ 0x0800= │ (Payload + │ (CRC32) │
 │ │ │ IPv4 │ Padding) │ │
 └─────────┴─────────┴─────────┴──────────────┴─────────┘
 
 目标解析：
 - 目的 MAC = FF:FF:FF:FF:FF:FF → 广播帧（局域网内所有设备接收）
 - 目的 MAC 第一位为 1 → 组播帧

2.2 MAC 地址

格式：6 字节（48 位），冒分十六进制
 aa:bb:cc:dd:ee:ff
 
 ┌─────────────┬────────────────────┐
 │ OUI (24位) │ 设备唯一标识(24位) │
 │ (厂商编码) │ (厂商分配) │
 └─────────────┴────────────────────┘
 
广播地址：FF:FF:FF:FF:FF:FF

3. 交换机工作原理

3.1 MAC 地址表

交换机通过自学习建立 MAC 地址表：