计算机网络各层及其协议的集合，统称为网络体系结构。

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，统称为网络协议。

网络协议三要素：

1、语法，即数据与控制信息的结构或格式。

2、语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

3、同步，即事件实现顺序的详细说明。

OSI 7层体系结构包括应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。

TCP/IP是一个四层体系结构。包含应用层、运输层、网际层（用于处理不同网络的互联问题）和网络接口层。实质上讲，TCP/IP只有最上面三层，因网络接口层并没有什么具体内容。在学习计算机网络的原理时往往采取折中的方法，采用一种五层协议体系结构，下面分别介绍。

物理层

信号的传输离不开传输介质，而传输介质两端必然有接口用于发送和接收信号。物理层的主要任务就是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性。

 1．机械特性

也叫物理特性，指明通信实体间硬件连接接口的机械特点，如接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。类似于各种规格的电源插头，其尺寸都有严格的规定。

2．电气特性

规定了在物理连接上，导线的电气连接及有关电路的特性。一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、信号的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数等。

3．功能特性

指明物理接口各条信号线的用途以及某条线上出现的某一电平的电压表示何意，包括：接口线功能的规定方法，接口信号线的功能分类--数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。

4．规程特性

指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序，包括事件的执行顺序和数据传输方式，即在物理连接建立、维持和交换信息时，DTE/DCE双方在各自电路上的动作序列。

关于信道复用的知识，请自行百度。

数据链路层

数据链路层协议有许多种，但有三个基本问题是相同的，介绍如下：

封装成帧

      透明传输

    差错检测

网络层

一般来讲，将网络互连起来需使用一些中间设备，根据中间设备所在的层次，可有以下四种不同的中间设备。

1、物理层使用的中间设备叫做转发器（repeater）

2、数据链路层使用的设备叫做网桥或桥接器（bridge）

3、网络层使用的中间设备叫做路由器（router）

4、在网络层以上使用的中间设备叫做网关（gateway）

用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议转换。

IP地址

IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。

A类、B类和C类地址都是单播地址（一对一通信）是最常用的。

A类、B类和C类地址的网络号字段分别为1,2,3个字节长，而在网络号的最前面有1~3位的类别位，其数值分别规定为0,10和110.

A类、B类C类地址的主机号字段分别为3个、2个和1个字节长。

D类地址用于多播（一对多通信）

而E类地址（前4位是1111）保留为以后用。

IP地址的指派范围：

特殊的IP地址：

一、0.0.0.0
严格说来，0.0.0.0已经不是一个真正意义上的IP地址了。它表示的是这样一个集合：所有不清楚的主机和目的网络。这里的“不清楚”是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。对本机来说，它就是一个“收容所”，所有不认识的“三无”人员，一律送进去。如果你在网络设置中设置了缺省网关，那么Windows系统会自动产生一个目的地址为0.0.0.0的缺省路由。
二、255.255.255.255
限制广播地址。指代本网段内（同一广播域）的所有主机。该地址不能被路由器转发。
三、127.0.0.1
本机地址，主要用于测试。别名“Localhost”。
四、224.0.0.1
组播地址，从224.0.0.0到239.255.255.255都是这样的地址。224.0.0.1特指所有主机， 224.0.0.2特指所有路由器。这样的地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序。如果你的主机开启了IRDP（Internet路由发现协议，使用组播功能）功能，那么你的主机路由表中应该有这样一条路由。
五、169.254.x.x
如果你的主机使用了DHCP功能自动获得一个IP地址，那么当你的DHCP服务器发生故障，或响应时间太长而超出了一个系统规定的时间导致网络异常，Windows系统会为你分配这样一个地址。
六、10.x.x.x、172.16.x.x～172.31.x.x、192.168.x.x
私有地址，这些地址被大量用于企业内部网络中。一些宽带路由器，也往往使用192.168.1.1作为缺省地址。私有网络由于不与外部互连，因而可能使用随意的IP地址。使用私有地址的私有网络在接入Internet时，要使用地址翻译 （NAT），将私有地址翻译成公用合法地址。在Internet上，这类地址是不能出现的。

网络层提供的两种服务：

为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议（ICMP），ICMP报文的种类有两种：

ICMP差错报告报文

ICMP差错报告报文共有5种
1>  终点不可达：可分为->网络不可达，主机不可达，协议不可达，端口不可达，需要分片但DF比特已置为1，以及源路由失败等六种情况，其代码字段分别置为0至5。当出现以上六种情况时就向源站发送终点不可达报文。
说明->端口不可达：UDP的规则之一是：如果收到UDP数据报而且目的端口与某个正在使用的进程不相符，那么UDP返回一个ICMP不可达报文。
2>  源站抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源站发送源站抑制报文，使源站知道应将数据报发送速率放慢。
3>  时间超过：当路由器收到生存时间为零的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源站发送时间超过报文。另外，当目的站在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就将已收到的数据报片都丢弃，并向源站发送时间超过报文。
4>  参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中的字段值不正确时，就丢弃该数据报，并向源站发送参数问题报文。
5>  改变路由（重定向）：路由器将改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器。

ICMP询问报文

ICMP询问报文有两种：

1、回送请求和回答 

ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文，这种询问报文用来测试目的站是否可达以及了解其有关状态。

2、时间戳请求和回答

ICMP时间戳请求报文是请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。在ICMP时间戳回答报文中有一个32位的字段，其中写入的整数代表从1900年1月1日起到当前时刻一共有多少秒。时间戳请求与回答可用来进行时钟同步和测量时间。

IP数据包格式以及路由协议请自行百度。

传输层

只有主机的协议栈才有传输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时，都只用到下三层的功能。

传输层提供应用进程间的逻辑通信。也就是说通信的真正端点不是主机而是主机中的进程。

TCP连接、数据传输、与断开连接示意图：

应用层

应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。应用层协议分类如下：

(1)域名系统(Domain Name System，DNS)：用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务。

(2)文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)：用于实现交互式文件传输功能。

(3)简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol, SMTP)：用于实现电子邮箱传送功能

(4)超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)：用于实现WWW服务。

(5)简单网络管理协议(simple Network Management Protocol，SNMP)：用于管理与监视网络设备。

(6)远程登录协议(Telnet)：用于实现远程登录功能。

这一层是计算机网络中的最高层，也是我们作为一般用户经常直接接触的一层，在此不做过多介绍。

参考文献：

【1】谢希仁. 计算机网络（第5版）[M]. 北京:电子工业出版社, 2012.

附赠首歌：http://changba.com/s/AdwbB4FU-ZW6n7vEyIWZbQ?&code=Kxhsv6044ik&from=pcrecommend

见笑！