网络模型，是指计算机网络中的一种架构或布局，用于实现数据传输和通信。
网络模型的诞生是为了满足资源共享、通信需求，实现互操作性，提供管理和分层设计的框架，并方便故障隔离和调试。它们为计算机网络的发展和应用奠定了基础，并在各个领域广泛应用。
理解好网络模型，有助于帮助我们深入理解计算机网络，利用计算机网络做出更多有用的东西。
常见的网络模型有：
- OSI模型（Open Systems Interconnection model）：由国际标准化组织（ISO）制定的一个开放系统互联模型，将计算机网络分为七个层次，从物理层到应用层，每一层都有特定的功能和协议；
- TCP/IP模型（Transmission Control Protocol/Internet Protocol model）：TCP/IP是互联网通信的基本协议，它将网络分为四个层次，包括网络接口层、网络层、传输层和应用层；
- 五层模型：这是一个简化的网络模型，将计算机网络划分为五个层次，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。这种模型常用于描述局域网（LAN）中的网络结构。
在三种网络模型中，TCP/IP 模型被广泛应用于当今的互联网。我们从 TCP/IP 模型上深入学习，其他模型基本上都差不多。
TCP/IP 网络模型
TCP/IP 模型主要分为四层，从上而下分别是应用层、传输层、网络层和网络接口层，如下图所示：
应用层
应用层是网络通信中的最高层，负责处理用户应用程序和网络之间的交互。应用层提供了各种协议和服务，以满足不同应用程序的需求。
应用层常用的协议有：
- HTTP（Hypertext Transfer Protocol）：用于在 Web 浏览器和 Web 服务器之间传输超文本文档，支持Web页面的访问和数据传输；
- FTP（File Transfer Protocol）：用于客户端和服务器端之间的文件传输，包括文件上传、下载、删除和重命名等功能；
- SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：用于电子邮件的发送，SMTP 将邮件从发送方传输到接收方的邮件服务器；
- 除此之外还有 DNS、DHCP 和 SNMP 等协议。
应用层的数据单位我们会称为报文，例如 HTTP 报文，主要包含首部和数据部分，如下图所示：
传输层
传输层位于网络层之上，应用层之下，负责提供可靠的端到端数据传输服务，并提供端口号来区分不同的应用程序。
传输层中主要有两个协议，分别是 TCP 和 UDP 协议：
- TCP 协议全称是传输控制协议，是一个可靠、按需和面向连接的传输协议。TCP 具备很多优秀的特性，如超时重传、流量控制和拥塞控制等。
- UDP 协议全称是用户数据报协议，是一个不可靠、尽最大交付的无连接的传输协议。虽然 UDP 协议不保证可靠，不提供流量控制等。但实时性好，传输速率高，经常用在游戏和音视频传输上。
应用层的报文会在传输层进一步封装，如 HTTP 报文交付到传输层后，TCP 协议会将 HTTP 报文当做数据部分，若 HTTP 报文超过最大限制，会进行分段，每一段再加上 TCP 首部会生成数据段，如下图所示：
传输层协议是面向端口到端口的通信，通过端口来标识不同的应用程序或服务。每个应用程序或服务都会使用一个特殊的端口号来标识，保证数据能够正确应用的到达指定的应用程序或服务。端口会被记录在协议的首部里。
网络层
网络层是位于传输层下面的一层协议，主要负责在不同的两个网络节点之间进行数据的寻址和路由的选择，主要目标是实现端到端的数据传输，将数据从源主机传送到目标主机。
网络层中主要使用的协议是 IP 协议，IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，加上 IP 首部即可组成 IP 数据包。IP 协议对数据包的大小有一个最大限制，即 MTU，通常 MTU 不能超过 1500 个字节。因此，IP 首部加上IP 数据部分 不能超过 1500 个字节，若超过了会进行分包。如下图所示：
网络层的寻址能力是由 IP 协议提供的，IP 协议通过 IP 地址进行寻址。在 IPv4 协议中，IP 地址共 32 位，由网络号和主机号组成。其中，网络号用于表示该 IP 地址属于哪一个子网，主机号用于表示 IP 地址属于该子网下的哪一个主机。
举个例子，比如我们需要对 IP 地址为 10.100.122.2/24 的主机发送一份数据，24 对应的子网掩码为 255.255.255.0。
第一步我们需要找到 IP 地址对应的子网，将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行 AND 运算，得出子网号为 10.100.122.0，如下图所示：
第二步，子网掩码取反后为 0.0.0.255，将 10.100.122.2 和 0.0.0.255 进行 AND 运算，得出主机号为 0.0.0.2。
所以我们的数据是发送给 10.100.122.0 子网下的 0.0.0.2 主机。
除了寻址功能，网络层还需要 IP 协议提供路由选择的能力。路由器需要通过选择找到目标地址的子网，进而将数据包转发到对应的网路中。所以，IP 协议通过寻址告诉数据下一个目的地往哪个方向，而路由则是根据下一个目的地来选择路径。寻址像导航，路由像方向盘。
网络接口层
网络接口层位于 TCP/IP 模型的底层，负责处理物理网络和数据链路之间的通信。它封装和解封数据链路层帧，进行物理寻址，实现媒体访问控制，执行错误检测和纠正，并提供流量控制和差错控制等功能。
常见的网络接口层技术包括以太网（Ethernet）、Wi-Fi、令牌环网（Token Ring）等。它们定义了物理层接口和数据链路层协议，使不同类型的网络设备能够在网络中进行通信。
网络接口层会将网络层的数据包封装成数据帧，会在首部添加 MAC 地址。MAC地址是一个由48位二进制数组成的地址，用于唯一标识网络中的每个网络设备，例如计算机、路由器、交换机等。如下图所示：
总述
综上所述，TCP/IP 网络通常是由上到下分成 4 层，分别是应用层，传输层，网络层和网络接口层。如下所示：
除此之外，我们还解析了各个层的功能和相关协议，以及每个协议的数据单元的组成。希望可以帮助读者更好理解 TCP/IP 模型。
