graph TD
A[网络体系结构] --> B[分层思想]
A --> C[协议三要素]
B --> D[OSI七层模型]
B --> E[TCP/IP四层模型]
D --> F[重点层级：传输层/网络层/链路层]
E --> G[重点协议：TCP/IP/ARP/HTTP]
一、网络协议核心架构
1.1 网络协议三要素
| 要素 |
定义 |
实例说明（HTTP协议） |
技术关联 |
| 语法 |
数据结构与格式规则 |
GET /index.html HTTP/1.1 |
报文头部字段定义 |
| 语义 |
控制信息的含义 |
200 OK 表示请求成功 |
状态码机制 |
| 时序 |
事件执行顺序 |
TCP三次握手：SYN→SYN-ACK→ACK |
状态机设计 |
📌 协议设计原则：无完美协议，需权衡效率与可靠性（如TCP可靠但延时高，UDP高效不可靠）
1.3 国际标准机构技术贡献
| 机构 |
核心贡献 |
典型技术成果 |
| 国际标准化组织（ISO） |
OSI参考模型 |
七层架构理论体系 |
| 电气电子工程师协会（IEEE） |
局域网标准 |
802.3以太网、802.11 |
| 互联网工程任务组（IETF） |
互联网标准 |
RFC文档体系（如RFC 793定义TCP） |
| 国际电信联盟（ITU） |
通信技术规范 |
V.90拨号上网标准 |
二、OSI七层模型深度解构
2.1 底层传输系统（物理层+数据链路层）
2.1.1 物理层关键技术
- 传输介质特性：
- 双绞线：100BASE-TX（CAT5e，100Mbps）
- 光纤：10GBASE-LR（单模，10km）
- 奈奎斯特定理：无噪声信道最大数据速率=2Wlog₂V（W为带宽，V为信号电平数）
- 香农定理：有噪声信道最大数据速率=Wlog₂(1+S/N)（S/N为信噪比）
2.1.2 数据链路层核心功能
| 功能模块 |
技术实现 |
案例说明 |
| 成帧 |
HDLC帧格式（标志字段+地址字段+控制字段+数据+FCS） |
PPP协议帧结构 |
| 物理寻址 |
48位MAC地址（如00-1A-2B-3C-4D-5E） |
ARP协议解析IP→MAC |
| 流量控制 |
滑动窗口机制（发送窗口大小控制） |
以太网后退重传 |
| 差错控制 |
CRC-32校验算法 |
802.3帧校验 |
2.2 网络层核心机制（IP层）
- 逻辑地址寻址：32位IPv4地址（如192.168.1.1）与128位IPv6地址
- 路由选择算法：
- 距离向量算法（RIP协议）
- 链路状态算法（OSPF协议）
- 拥塞控制：
- 慢开始（Slow Start）
- 拥塞避免（Congestion Avoidance）
2.3 传输层端到端通信
| 协议 |
特性 |
端口范围 |
典型应用 |
| TCP |
面向连接、可靠传输 |
20/21(FTP)、80(HTTP) |
网页浏览、文件传输 |
| UDP |
无连接、不可靠 |
53(DNS)、69(TFTP) |
域名解析、视频流 |
2.4 高层应用服务（会话层-应用层）
- 会话层：
- 断点续传（如FTP协议支持REST命令）
- 会话同步（TCP连接保活机制）
- 表示层：
- 数据加密（SSL/TLS协议）
- 压缩算法（gzip格式）
- 应用层：（提供通用接口，直接为用户提供服务）
- HTTP/2（二进制分帧，头部压缩）
- SMTP（邮件传输，RFC 5321）
2.5 核心层辩证分析
| 层级 |
核心贡献 |
局限性 |
| 传输层 |
解决端到端可靠性（TCP重传机制） |
握手延迟（如HTTPS建立需3RTT） |
| 网络层 |
跨网络路由（IP分片与重组） |
IPv4地址枯竭（CIDR无类寻址缓解） |
| 数据链路层 |
局域网点对点可靠传输（CSMA/CD） |
广播风暴（需STP协议解决） |
2.6 数据通信过程
三、TCP/IP模型
- TCP：传输控制协议
- IP：网际协议
TCP/IP协议栈深度
TCP/IP模型并非只有TCP和IP两个协议，除了网络接口层外，其他每层都有具体的协议（技术），这些协议共同构成了TCP/IP协议栈
- HTTP（超文本传输协议）
- FTP（文件传输协议）：异构网之间的传输协议
- Telnet（远程终端协议）：最危险的协议
- SMTP（简单邮件传输协议）：非在线式
- SNMP（简单网络管理协议）
