计算机网络五层模型
我们常说的“计算机网络五层协议模型”，是一个实际应用中广泛采用的简化模型（介于OSI七层（Open System Interconnect）与TCP/IP四层之间），用于描述网络通信中各层的职责与作用。
文章目录
- 第5层：应用层（Application Layer）
- 第4层：传输层（Transport Layer）
- 第3层：网络层（Network Layer）
- ping
- ICMP
- ARP
- NAT
- 第2层：数据链路层（Data Link Layer）
- 第1层：物理层（Physical Layer）
| 层次 | 功能 | 协议示例 |
|---|---|---|
| 应用层 | 提供具体应用服务，直接面向用户 | HTTP、FTP、SMTP、DNS |
| 传输层 | 提供端到端的通信服务，负责数据分段、重组、可靠性控制 | TCP、UDP |
| 网络层 | 实现不同主机间的通信与路由选择，负责寻址与转发 | IP、ICMP、ARP、NAT |
| 数据链路层 | 管理一跳内通信（如主机到路由器），负责成帧、差错检测、MAC寻址 | Ethernet、PPP、802.11（Wi-Fi） |
| 物理层 | 负责比特流的物理传输，管理电信号/光信号的发送与接收 | RJ45、光纤、无线电波（硬件标准） |
第5层：应用层（Application Layer）
第4层：传输层（Transport Layer）
第3层：网络层（Network Layer）
ping
ping 命令用的ICMP协议、IP、Ethernet、ARP
域名解析用到了 DNS解析，UDP + DNS 协议
ICMP
为“网络诊断”设计的协议：
- ping（检测连通性）
- traceroute（追踪路由路径）
- 报告 IP 层错误（如主机不可达）
ARP
将 IP 地址解析为 MAC 地址（以太网环境下）。实则是广播问，问到后存到ARP缓存表。
网络通信靠 IP 地址，但网卡收发数据靠的是 MAC 地址
当主机只知道对方的 IP，却不知道 MAC，就需要用 ARP 来“问一问”
NAT
在不同网络之间转换 IP 地址和端口，常用于“局域网访问外网”
IPv4 地址不够用，很多内网只能用私有地址（如 192.168.x.x）
外网不识别私有地址 → 需要 NAT 转换成公网 IP 才能访问外部网络
类型：
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| SNAT（源地址转换） | 内网出网时，将源 IP 改为公网 IP |
| DNAT（目的地址转换） | 外网访问内网服务时，目标 IP 改为内网 IP |
| NAPT（端口地址转换） | 多个内网主机共享一个公网 IP（最常见） |
NAPT 例子：
| 内网 IP:端口 | 公网 IP:端口 |
|---|---|
| 192.168.1.100:54321 | 8.8.8.8:40001 |
| 192.168.1.101:54321 | 8.8.8.8:40002 |
NAT 破坏【端到端通信】（P2P 协议/视频通话难打通）（NAT 会隐藏内网真实 IP，所有内网设备共享公网 IP，且端口会被重新映射。）
需要 NAT 穿透技术（如 STUN、TURN、ICE）
- STUN（Session Traversal Utilities for NAT）
帮助客户端检测自己的公网 IP 和 NAT 类型。
尝试利用 NAT 映射的端口建立直接 P2P 连接。 - TURN（Traversal Using Relays around NAT）
如果直接 P2P 失败，流量会通过中继服务器转发。
这样即使在严格 NAT 或防火墙后，也能保证通话连接。 - ICE（Interactive Connectivity Establishment）
综合利用多种网络路径（包括STUN、TURN），寻找最佳连接路径。
第2层：数据链路层（Data Link Layer）
第1层：物理层（Physical Layer）
直接和物理介质（如双绞线、光纤、无线）打交道，负责将比特（0 和 1）转换成电信号、光信号或无线电波，并进行实际的传输。
常见的物理层标准
| 名称 | 用途 | 特点 |
|---|---|---|
| RS-232 | 串口通信 | 老式串口 |
| USB | 外设连接 | 通用传输标准 |
| IEEE 802.3 | 以太网物理层 | 定义网线电气特性 |
| IEEE 802.11 | Wi-Fi | 定义无线通信物理特性 |