计算机网络基础详解：从OSI模型到HTTP/HTTPS与Socket编程

计算机网络基础详解：从OSI模型到HTTP/HTTPS与Socket编程

本文适合刚接触计算机网络的小白，带你从零开始理解网络的分层模型、常见协议、浏览器访问网页的全过程，以及简单的网络编程。

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OSI七层模型

OSI（Open System Interconnection）参考模型是一个理想化的网络分层模型，将网络通信划分为 七层，每层都承担不同的职责。

七层结构

1. 物理层（Physical Layer）

   • 任务：传输比特流（0 和 1）。
   • 数据单位：比特（bit）。
   • 示例：双绞线、光纤、无线电波。
   • 打个比方：相当于“马路”，只负责运东西，不管东西是什么。

2. 数据链路层（Data Link Layer）

   • 任务：把比特组装成帧，负责差错检测、点对点传输。
   • 数据单位：帧（Frame）。
   • 示例：以太网、MAC地址。
   • 打个比方：运输的“快递车”，每一帧就是一车货。

3. 网络层（Network Layer）

   • 任务：负责寻址和路由，保证数据能从源头到目的地。
   • 数据单位：包（Packet / IP数据报）。
   • 示例：IP、ICMP、ARP。
   • 打个比方：导航系统，决定车怎么走才能到目的地。

4. 传输层（Transport Layer）

   • 任务：端到端的通信，保证数据可靠传输或快速传输。
   • 数据单位：报文段（Segment）。
   • 示例：TCP（可靠）、UDP（快速）。
   • 打个比方：送快递时选择“顺丰保价”还是“普通快递”。

5. 会话层（Session Layer）

   • 任务：建立、管理和终止会话。
   • 示例：登录系统的会话管理。

6. 表示层（Presentation Layer）

   • 任务：数据翻译、加密、压缩。
   • 示例：JPEG、SSL、TLS。
   • 打个比方：把中文翻译成英文，或者把大文件压缩成小文件。

7. 应用层（Application Layer）

   • 任务：直接面向用户，提供各种网络服务。
   • 示例：HTTP、FTP、DNS、SMTP。
   • 打个比方：外卖APP，用户通过它下单。

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TCP/IP四层模型

实际工程中常用的并不是OSI七层模型，而是 TCP/IP四层模型：

1. 网络接口层（对应物理层 + 数据链路层）
2. 网络层（IP、ICMP、ARP）
3. 传输层（TCP、UDP）
4. 应用层（HTTP、FTP、DNS 等）

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浏览器访问网页的全过程

当你在浏览器输入 http://www.example.com 时，发生了什么？

1. DNS解析

   • 浏览器先检查本地缓存，如果没有，就向本地DNS服务器请求。
   • DNS有两种查询方式：递归查询、迭代查询。
   • 解析得到服务器IP地址。

2. TCP三次握手

   • 客户端与服务器建立可靠连接。
   • 三次握手的作用：确认双方都具备收发能力。

3. HTTP请求

   • 浏览器构造HTTP请求报文并发送到服务器。
   • 请求报文包括：请求行、请求头、请求体。

4. 服务器处理并响应

   • 服务器返回HTTP响应报文，包含状态码（200、404等）和数据。

5. 浏览器渲染页面

   • 浏览器解析HTML → 下载CSS/JS/图片 → 渲染页面。

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HTTP与HTTPS

HTTP特点

1. 简单快速。
2. 无连接：每次请求都会断开连接。
3. 无状态：服务器不记得客户端之前做过什么。

HTTPS特点

1. 加密传输（TLS/SSL保证安全性）。
2. 端口不同：HTTP是80，HTTPS是443。
3. 需要证书：保证网站身份可信。
4. 缺点：性能开销大，证书费用高。

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常见HTTP状态码

• 200 OK：请求成功。
• 206 Partial Content：部分请求成功（断点续传）。
• 301 Moved Permanently：永久重定向。
• 302 Found：临时重定向。
• 403 Forbidden：拒绝访问。
• 404 Not Found：资源不存在。
• 500 Internal Server Error：服务器内部错误。

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Socket编程入门

Socket 是网络编程的核心。以 TCP为例：

服务器端流程

1. 创建套接字：socket()
2. 绑定IP和端口：bind()
3. 监听端口：listen()
4. 等待客户端连接：accept()
5. 数据收发：send()、recv()
6. 关闭连接：close()

客户端流程

1. 创建套接字：socket()
2. 连接服务器：connect()
3. 数据收发：send()、recv()
4. 关闭连接：close()

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总结

1. OSI七层模型是理论框架，TCP/IP四层模型是实际应用。
2. 浏览器访问网页的全过程涉及 DNS解析、TCP连接、HTTP请求与响应。
3. HTTP简单高效，但不安全；HTTPS更安全但有性能和成本代价。
4. Socket是网络编程的基石，理解 socket → bind → listen → accept 就能写最简单的服务端。