TCP/IP网络模型

应用层

应用层服务于用户，比如说我们在电脑上使用的软件，都是在应用层上实现的，当不同设备通信时，数据由下一层的传输层实现。应用层提供的功能比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。应用层是工作在操作系统中的用户态，传输层以及下层模型工作在内核态。

传输层主要作用是给应用层提供网络支持，主要服务于应用层，作为数据传输媒介，实现应用与应用之间的通信。

传输层有两个传输协议：TCP与UDP

大部分应用都采用的TCP传输协议，比如说HTTP应用层协议。TCP与UDP相比多了很多特性，比如流量控制，拥塞控制，超时重传，这些特性都是为了保证数据包可以可靠的传输给对方。

UDP只负责传输数据包，不保证数据包是否丢失，实时性更好些，传输效率也更高。

应用传输的数据过大时（超过MSS），传输层会将数据包分块，当有分块丢失时，只需要重传丢失的分块即可，不需要重写发送整个数据包。在TCP协议中，这些分块叫做TCP段。

设备作为接收方时，传输层是要将数据包传输给应用层的。但是同一时间可能有多个应用在收发数据，为了避免数据传给应用时传输错误，通常会使用一个编号将应用区分开来，这个编号叫端口。

一些应用的端口是默认的，比如说80的Web服务器端口，22的远程登陆服务器端口，浏览器每一个独立的标签页都是一个独立的进程，操作系统会为这些页面分配独立的端口号，而不是给浏览器应用一个端口。

具体的传输实现，是由网络层实现的。

网络层常用的协议为IP协议，IP协议会将传输层的报文（HTTP与TCP报文）作为数据部分再次封装，加入IP包头组装成IP报文，与传输层相同的是，如果IP报文过大（超过MTU），那么也会进行分片传输，从而得到一个一个即将发送到网络的报文。

网络层是将数据从一台设备发送到另一台设备，为了找到接收数据的设备，我们需要一个与传输层中的端口类似的编号，在网络层这个编号叫做IP地址。

这里以IPv4协议举例，IP地址一共32位，分为4段，每段以.进行分割，比如说192.168.100.1，每段占8位。

通过IP地址我们可以进行设备区分，但是网络层是如何进行寻址呢？

因此，IP地址可分为两种意义：

IP地址配合子网掩码来计算网络号与主机号。

在说如何计算网络号与主机号之前，先来了解一下子网掩码。比如说，10.100.122.0/24，IP地址后面的/24代表子网掩码1的个数。也就是 [11111111-11111111-11111111-00000000]，转换为十进制子网掩码就是255.255.255.0

了解子网掩码是什么之后，再来看如何计算网络号与主机号。将IP地址与子网掩码进行按位与运算得到网络号。将子网掩码取反后与IP地址进行按位与运算，就可以得到主机号。

网络层在寻址过程中，先去匹配相同的网络号（找到同一个子网），然后再去找主机。

IP协议处理方便寻址，还有一个重要作用是路由，在实际中，两台设备并不是使用一个网线连接的，而是通过网关，路由器，交换机等设备连接起来的，那么就会形成很多条网络路径，当数据包到达一个网络节点之后，就需要通过路由算法决定下一步走哪个网络路径。

IP协议中寻址是告诉我们应该去哪里，路由则是根据目的地选择路径。

为网络层提供链路级别传输的服务，负责在以太网、WiFi这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用Mac地址来标识网络上的设备。

生成IP报头之后，接下来要将数据传输给网络接口层，在IP报头之前再加上Mac报头，并封装成数据帧发送到网络上。

网络接口层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。