第3课 网络协议分层设
学习目标
- 理解网络协议在网络通信过程中的作用。
- 知道分层思想。
- 知道TCP/IP的层次结构和各层的功能。
- 了解网络协议的创新。
【知识点一】网络协议与编码解码
网络协议是计算机、平板计算机等设备之间互相通信时，需要共同遵守传递和管理数据信息的规范。 通信的基础是编码和解码。
发送者和接收者必须使用相同的协议（编码解码规则）才能保证信息的一致性。
例如，发送“信息”二字的过程：
- 编码 (Encoding):
- 1. 字符转成十进制 (Unicode): "信息" -> "20449 24687"
- 2. 十进制数转成二进制数: "20449" -> "100111111100001"
- 解码 (Decoding):
- 1. 二进制数转成十进制数: "100111111100001" -> "20449"
- 2. 十进制数转成字符: "20449" -> "信息"
如果发送方和接收方使用的协议不匹配（例如，一方只做了第1步，另一方却尝试解2步），信息就会出错。
辅助工具演示：
编码解码辅助工具 (ASCII)
发送者
接收者
【知识点二】网络分层设计
网络分层设计采用了 "问题分解"、"各司其职"的思想，将复杂的网络通信过程分解为多个独立的层级，便于定位和解决问题。 以网购配送过程为例，不同层（身份）的任务和信息如下：
电商物流流程示例
| 身份 | 任务 | 需要的信息 |
|---|---|---|
| 电商 | 确认订单 | 厂家、购买者信息 |
| 厂家 | 备货并提交给物流机构 | 购买者、商品信息 |
| 物流机构 | 把商品送到快递站 | 购买者、调度信息 |
| 快递站 | 分派快递员 | 购买者、快递员信息 |
| 快递工作人员 | 将商品交给购买者 | 购买者信息 |
| 购买者 | 核对并确认订单 | 订单、厂家、商品等信息 |
💡 理解要点：每个环节的"身份"只需要关注自己的任务和相关信息，无需了解整个流程的所有细节，这就是分层设计的优势。
【知识点三】TCP/IP协议簇
TCP/IP 是互联网最核心的协议簇，它采用了四层分层结构。
TCP/IP的层次结构
| 名称 | 描述 / 职责 | 主要协议 |
|---|---|---|
| 应用层 | 负责如何使用数据 (例如处理应用程序的通信) | HTTP、HTTPS、FTP |
| 传输层 | 负责数据完整性及可靠性等 (确保数据完整、可靠传输) | TCP、UDP |
| 网络层 | 负责处理数据包 (负责地址和路由) | IP |
| 网络接口层 | 负责实际传输二进制数据 (处理物理传输) | 以太网等其他通信网络接口 |
【知识拓展】常见网络协议解析
TCP/IP 协议簇中的每一层都包含多种协议，协同工作：
| 协议 | 所属分层 | 主要功能 |
|---|---|---|
| HTTP / HTTPS | 应用层 | 超文本传输协议（及安全版）。用于浏览器和服务器之间传输网页内容。 |
| FTP | 应用层 | 文件传输协议。用于在不同计算机之间上传和下载文件。 |
| DNS | 应用层 | 域名系统。负责将易于记忆的域名（如 www.example.com）解析为IP地址。 |
| TCP | 传输层 | 传输控制协议。提供可靠的、面向连接的数据传输，确保数据不丢失、不重复、按顺序到达（如网页浏览、文件下载）。 |
| UDP | 传输层 | 用户数据报协议。提供无连接的数据传输，速度快但可能丢包（如在线直播、视频会议）。 |
| IP | 网络层 | 网际协议。负责为数据包添加地址（IP地址）并在网络中进行路由（寻址）。 |
HTTP (超文本传输协议)
应用层协议，用于浏览器和服务器之间传输网页内容。
HTTPS (安全超文本传输协议)
HTTP的安全版，应用层协议，通过加密保障数据安全。
FTP (文件传输协议)
应用层协议，用于在不同计算机之间上传和下载文件。
DNS (域名系统)
应用层协议，负责将易于记忆的域名解析为IP地址。
TCP (传输控制协议)
传输层协议，提供可靠的、面向连接的数据传输，确保数据不丢失。
UDP (用户数据报协议)
传输层协议，提供无连接的数据传输，速度快但可能丢包（如直播）。
IP (网际协议)
网络层协议，负责为数据包添加地址（IP地址）并在网络中进行路由。
课堂小结
本课核心知识点总结如下：
- 网络协议: 是通信的规则，包含编码解码小游戏所演示的 协议定义。
- 网络分层设计: 核心思想是分层设计及其优势。TCP/IP协议被划分为四层：应用层、传输层、网络层、网络接口层。
- TCP/IP协议: 重点是理解其层次结构及各层的主要功能。
【知识拓展】OSI 七层模型
1. OSI 参考模型
OSI（开放系统互连）参考模型是另一个更理论化的网络分层模型，它将网络通信划分为七个层次。
2. OSI 与 TCP/IP 模型对应关系
OSI 七层模型与 TCP/IP 四层模型之间存在映射关系：
| OSI参考模型 (七层) | TCP/IP四层模型 |
|---|---|
| 应用层 | 应用层 |
| 表示层 | |
| 会话层 | |
| 传输层 | 传输层 |
| 网络层 | 网络层 |
| 数据链路层 | 网络接口层 |
| 物理层 |