网络模型

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1. 网络模型概述

OSI七层模型

Open System Interconnect（开放式系统互连模型）是一个理论上的网络通信模型，其主要目的是：
  • 降低数据在网络中传输的复杂度
  • 便于故障排查和分析
  • 提供标准化的网络通信框架

TCP/IP五层模型

在实际应用中，更常用的是TCP/IP五层模型，它将OSI模型的上三层合并为应用层。

2. 各层功能详解

1. 应用层 (Application Layer)

  • 功能：提供人与网络间的接口，通过软件和应用程序产生数据
  • 典型协议：HTTP、HTTPS、FTP、DNS、DHCP等

2. 表示层 (Presentation Layer)

  • 功能：负责数据格式的转换
  • 具体包括：加密/解密、压缩/解压缩、编码/解码

3. 会话层 (Session Layer)

  • 功能：建立、维持和断开会话连接
  • 管理不同应用程序之间的对话

4. 传输层 (Transport Layer)

  • 功能：负责实现数据端到端的传输
  • 核心概念：端口号（1-65535），用于识别不同的应用程序
常用端口号示例：
  • Web服务：80（HTTP）、443（HTTPS）
  • 文件传输：21（FTP）
  • 远程桌面：3389（RDP）
查看端口状态命令：
输出示例：

5. 网络层 (Network Layer)

  • 功能：负责数据选路和转发
  • 典型设备：路由器
  • 寻址依据：IP地址
  • 职责：实现数据从网络到网络（网段到网段）的通信

6. 数据链路层 (Data Link Layer)

  • 功能：负责数据点到点的通信
  • 典型设备：交换机
  • 寻址依据：MAC地址（物理地址，全球唯一）
查看MAC地址命令：

7. 物理层 (Physical Layer)

  • 功能：定义电气、机械规范和传输介质
  • 负责将数据转换为比特流进行传输

3. 数据封装与解封装过程

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数据封装过程（发送端）

  1. 应用层：产生原始数据
  1. 传输层：添加TCP/UDP头部（包含端口号），形成数据段
  1. 网络层：添加IP头部（包含源IP和目标IP），形成数据包
  1. 数据链路层：添加帧头帧尾（包含MAC地址），形成数据帧
  1. 物理层：将数据帧转换为比特流通过物理介质传输

数据解封装过程（接收端）

  1. 物理层：接收比特流数据
  1. 数据链路层：解析数据帧，核对MAC地址
  1. 网络层：解析数据包，核对IP地址
  1. 传输层：解析数据段，检查协议和端口号
  1. 应用层：获取原始数据，交付给应用程序

4. 典型网络协议

应用层协议

  • HTTP/HTTPS：超文本传输协议（网站服务）
    • HTTP：明文传输
    • HTTPS：加密传输
  • FTP：文件传输协议，实现文件共享和传输
  • NTP：网络时间协议，用于时间同步
  • DHCP：动态主机配置协议，自动分配IP地址

传输层协议

TCP（传输控制协议）

特点：
  • 面向连接：建立连接 → 传输数据 → 断开连接
  • 可靠传输：确认机制、重传机制、滑动窗口
TCP三次握手（建立连接）：
notion image
  1. 第一次握手：
      • 客户端发送SYN报文（SYN=1，seq=client_isn）
      • 客户端进入SYN-SENT状态
  1. 第二次握手：
      • 服务端回复SYN+ACK报文（SYN=1，ACK=1，seq=server_isn，ack=client_isn+1）
      • 服务端进入SYN-RCVD状态
  1. 第三次握手：
      • 客户端发送ACK报文（ACK=1，ack=server_isn+1）
      • 双方进入ESTABLISHED状态，连接建立
TCP四次挥手（断开连接）：
notion image
  1. 第一次挥手：
      • 主动方发送FIN报文（FIN=1）
      • 进入FIN-WAIT-1状态
  1. 第二次挥手：
      • 被动方回复ACK报文
      • 进入CLOSE-WAIT状态
      • 主动方进入FIN-WAIT-2状态
  1. 第三次挥手：
      • 被动方发送FIN报文
      • 进入LAST-ACK状态
  1. 第四次挥手：
      • 主动方回复ACK报文
      • 进入TIME-WAIT状态（等待2MSL时间）
      • 被动方进入CLOSED状态

UDP（用户数据报协议）

特点：
  • 无连接
  • 不可靠传输
  • 传输效率高

网络层协议

IP协议（Internet Protocol）

  • 负责网络间的数据路由

ICMP协议

  • 用于网络诊断，如ping工具

ARP协议（地址解析协议）

  • 功能：根据IP地址获取对应的MAC地址
查看ARP缓存表：
输出示例：
清空ARP缓存：
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