应用层#

标准 DHCP 通信通常使用服务器 67、客户端 68

上层协议会使用下层协议

• HTTP/HTTPS 通常使用 TCP。
• FTP 使用 TCP。
• DNS 可使用 UDP，也可在特定场景使用 TCP。
• 不能把各协议看成完全孤立；协议所属层次决定它向下使用哪些服务。

表示层#

数据加密与解密

• 发送前加密，接收后解密。
• 通信双方需要匹配的算法与密钥。
• 目的：避免开放网络中的数据被直接读取或篡改。

数据压缩与解压

• 减少数据量，提高传输效率、节省流量。
• 用户即使没有手动压缩，应用程序也可能在后台自动完成压缩。

图片/视频编解码

• 对图片、音视频进行编码、压缩、传输和解码。
• 典型场景：短视频、直播、视频会议、无人机图传、车机视频等。
• 实时音视频依赖编解码能力和足够的网络带宽、低延迟。

会话层#

Session 会话管理

一次会话可以理解为客户端与服务器建立联系、维持交互，直到连接或登录状态结束。

• 登录后在同一网站不同页面间跳转，不应每次重新输入账号密码。
• 浏览器/客户端维护本次会话状态，服务器验证用户身份。
• 关闭页面、退出登录或断开联系，可视为会话结束或状态变化。

断点续传

文件下载中断后，网络恢复时从已完成位置继续，而不是重新从零下载。

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已下载部分 + 记录进度 → 中断 → 恢复网络 → 从断点继续

传输层#

数据从应用程序进入操作系统后，由传输层负责进程之间的端到端通信。

• TCP、UDP；
• 端口；
• Socket；
• 线程（操作系统并发）

IP 与端口的分工

• IP 地址：标识网络中的设备/网络接口。
• 端口：在目标主机中定位具体进程或网络服务。

数据到达目标设备后，操作系统根据目的端口将其交给浏览器、微信、游戏等对应进程。

端口的重要规则

• 一个进程可以使用多个端口。
• 简化：同一主机、同一传输协议下，一个端口同一时刻只能由一个进程占用。
• 端口只要求在本机范围内不冲突，不同设备可以使用相同端口。
• 因此IP 是跨网络定位设备的标识；端口是设备内部定位进程的标识。

Socket（套接字）与五元组

Socket 是网络通信的基础接口。描述一次通信需要五项关键信息：

1
协议 + 源 IP + 源端口 + 目的 IP + 目的端口

UDP 与 TCP 对比

进程、线程与并发

• 进程：运行中的程序，是资源分配的重要单位。
• 线程：进程内的执行单元，用于在同一进程中处理多个任务。
• 单核 CPU 通过很短的时间片快速切换，使用户感觉多个任务“同时”运行，这是并发。
• 多核 CPU 可让不同任务在不同核心上真正同时执行，属于并行。
• 例子：下载多个文件时，可由多个线程分别处理不同文件或不同任务。

网络层#

IP 地址用于在网络中定位设备或网络接口。

查询本机配置

Windows：

1
ipconfig

网卡与 IP

• 网卡是连接网络的硬件基础，可分为有线网卡和无线网卡。
• 网卡存在不代表始终有 IP；连接网络后才会通过 DHCP 或静态配置获得 IP。
• 虚拟机软件可能创建虚拟网卡。

数据链路层与网络设备#

MAC 地址与网卡

• MAC 地址与网卡关联，网卡出厂时获得全球唯一标识
• 数据链路层在局部链路中使用 MAC 地址识别设备。

交换机

• 工作在数据链路层。
• 按目的 MAC 地址转发数据帧。
• 维护 MAC 地址与物理端口的对应表。
• 设备接入交换机后，交换机学习其 MAC 地址所在端口；收到数据后查询表并从对应端口转发。

路由器

• 工作在网络层。
• 按目的 IP 地址和路由信息转发数据包。
• 主要负责不同网络之间的通信，可跨越多个网络/路由器进行转发。

物理层#

物理层把 0/1 比特转换为可在介质上传输的物理信号：

• 网线/电缆：使用电信号，高低电平可表示 0 和 1。
• 光纤：使用光信号，适合高速和远距离传输。
• 电信号远距离传输会衰减，需要中继或信号增强。
• 光纤通常带宽更高、损耗更小，因此推动了网络速度提升。

网络硬件能力提升后，直播、视频通话、实时导航、在线游戏等软件功能才更容易获得低延迟和高质量体验。