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互聯網是什么相信不用在這里贅述，大家平時“網上沖浪”都離不開它。本篇文章中我們就來翻譯翻譯，什么 ** 的叫 ** 的網絡。

(資料圖片)

網絡的概念

對于網絡，我們可能聽過非常多的名詞，比如因特網、萬維網、互聯網。三者的關系其實為：

互聯網 > 因特網 > 萬維網

那么一個簡單的網絡看起來會是這樣：

一個簡單的網絡會由多個節點（AKA 計算機）和連接他們的鏈路組成。就好像你家里有 3 臺電腦，然后它們都相互連接，這樣你家里的 3 臺電腦就組成了一個簡單的網絡。而所謂的互聯網，就是網絡的網絡，如下所示：

而不同的網絡之間可以通過路由器來相互連接，就形成了覆蓋范圍更大的互聯網。所以總的來說，網絡連接了許多的計算機，而因特網將許多網絡連接到了一起。因此，因特網也是目前全球最大的計算機網絡。

因特網的發展第一階段

互聯網的起源帶有一點戰爭的背景。它起源于 1960s，當時正值冷戰，美國國防部開發了一個分布式的、預期能夠抵御核攻擊的通訊網絡，而這就是世界上第一個互聯網的原型 —ARPANET。

在 1983 年，TCP/IP 協議成為了 ARPANET 上的標準協議，只要是使用了 TCP/IP 協議，計算機之間都能夠相互通信。

第二階段

1985 年，美國國家科學基金會圍繞了 6 個大型計算機中心建設計算機網絡，這一階段的特點是形成了三級結構的因特網，分別是：主干網、地區網、校園網（企業網）。這個三級結構的網絡覆蓋了當時全美主要的大學和研究所。后續，越來越多的企業接入了因特網，導致了網絡上通信量激增，由于當時的因特網是由政府維護的，其容量已經滿足不了當時的需求了，所以美國政府決定將主干網轉交給私人企業經營，并開始收費。

第三階段

隨著主干網開始由私人企業經營，該階段形成了多層次 ISP 結構的因特網。什么叫 ISP？其實也就是互聯網（因特網）服務的提供商。給你舉個例子你就知道了，比如咱們國內的三巨頭：中國聯通、電信、移動，他們就是典型的 ISP。

ISP 其實也是一層代理，因為他們也是從因特網管理機構去申請的一堆 IP 地址，然后我們去 ISP 那辦理寬帶，支付費用，然后我們就能夠在使用期間，用這個 IP 地址上網“沖浪”。

因特網中的協議

經過了這么多年的發展，互聯網已經演變成了一個橫跨全球、極其復雜的網絡。這就好像我們每個城市的內部是通過各種道路相互連接的，而城市與城市之間也是相互連接的，而所有這些城市相互連接就組成了這個大型的“國家互聯網”。連接到互聯網的機器可以相互通信，而在“國家互聯網”中的城市也可以相互“通信”。

你說包裹有可能在運輸途中丟失嗎？當然有可能，這樣的例子還不少。同理，我們發送出去的數據包也有可能丟失。

所以為了保證數據包的準確送達，互聯網使用了很多種協議。例如我們非常熟悉的TCP/IP。TCP全稱是 Transmission Control Protocol，IP全稱是 Internet Protocol。

它們分工明確，IP 負責數據包的路由，讓它從一個“中轉站”跳到下一個“中轉站”，而 TCP 則是確保包裹可靠、準確、有序的到達“中轉站”。

當然，在互聯網這個巨大的概念里，TCP/IP 協議并不是全部，還有我們非常熟悉的DNS（Domain Name System）和HTTP（Hypertext Transfer Protocol）。

不太熟悉 DNS 及其底層原理的可以看看我之前寫的這篇文章你的域名是如何變成 IP 地址的？

還有像 SSL 和 TLS 這樣的網絡安全加密協議，讓我們的數據能夠安全的在互聯網上傳播。當然，現在 TLS 已經將 SSL 給替代了，因為 TLS 有著更高的安全性和更強的認證機制。

在互聯網的通信和數據交換流程中，協議扮演了一個非常關鍵的角色。這就好像人與人之間要進行溝通，語言是非常重要的一樣。語言不通，溝通起來是非常非常困難的。通信的前提也是雙方需要使用一樣的協議。

而協議其實就是一堆的規則，這些規則規定了信息交換的細節。就比如咱們的老朋友三次握手、四次揮手就屬于 TCP/IP 協議的一部分。而規定使用這些協議有什么好處？

答案當然是標準化，用標準化來屏蔽不通制造商或者不通系統之間的差異。舉個例子，假設不同的制造商的制造出來的手機使用了不同的協議，那么某個 APP 在制造商 A 上能用，在制造商 B 上又不能用，又或者不同的操作系統之間不能相互通信，這類問題以現在的眼光來看肯定是不能接受的。

再舉個標準化協議的例子，像我們用的 Type-C 這種接口的充電線就是一種標準，不管是哪個廠家生產的，只要遵循了這個標準，消費者就能夠正常使用。再舉一個協議不同的例子，不同的國家使用的充電器的標準不同，不同的標準之間要想充電則需要使用轉接頭，及其的不方便。

網絡分層模型OSI 七層模型

相信大家曾經都被問過一個問題：“請簡單描述一下 OSI 七層模型”。這個網絡模型是啥意思？怎么來的？或者說，為什么需要網絡模型這個玩意兒？

這是因為 70 年代，網絡快速發展演進出了不同網絡體系結構，而由于全球的經濟發展，迫切的需要使在不同的網絡結構體系結構中的用戶相互通信，交換信息。為了達成這一目的，國際標準化組織在 1977 年成立了專門的機構來研究這個問題。

而他們的研究成果就是著名的 OSI 模型。在 OSI 模型中總共包含了 7 層（到這里是不是很多人就條件反射的開始全文背誦了），從下至上分別是：物理層、數據鏈路層、傳輸層、網絡層、會話層、表示層、應用層。

但，OSI 模型的設計，理想很豐滿，現實很骨感。OSI 僅僅取得了理論上的成果，這些專家在設計的時候，并沒有太考慮商業化，并且，OSI 協議設計過于復雜，復雜則導致其運行效率低下，并且 OSI 的層次中有重復的層次。

所以用一句話來總結 OSI 七層模型就是：既復雜又不實用。

TCP/IP 體系

相對于 OSI 的不實用，TCP/IP 是一個四層的體系結構，分別是：應用層、運輸層、網際層、網絡接口層，和 OSI 的對比如下圖所示：

消息如何發送

簡單的了解了一些背景之后，我們來看看網絡中的消息是如何發送的。那在一般的認知中，所謂的通信是啥樣的呢？可能看起來是這樣：

假設現在有 A、B 兩臺機器，其 IP 地址分別為 1.2.3.4 和 4.3.2.1，它們的 IP 地址都不相同，并且需要通過上圖中的“網絡”進行通信。那如果 A 要發送消息給 B，這個消息該如何“傳輸”到 B 呢？當然是通過連接到 B 機器上的網線（假設是有線），我們知道，線路中傳輸的是電信號，這套轉換的流程當然不需要我們手動的實現，這些功能都內置在了計算機中，而上面說的轉化，則是由協議棧來完成的，協議棧的大致工作流程如下：

這樣講有點抽象，比如協議棧到底是啥，它是通過什么方式來處理的數據的，都不知道。關于協議棧相關的概念，以及數據包發送、接收的大致流程，在我之前寫的數據包從發送到接收，都經歷了什么這篇文章里都有詳細的介紹，在此不再贅述。

這里我們拿 TCP/IP 協議棧來舉個例子，它分為4 層，大致長這樣：

應用層，就比如你看這篇文章所使用到的 HTTP 協議傳輸層，TCP 協議網絡層，IP 協議硬件層，使用的是以太網協議，將二進制的數據轉換成電信號，以及相互轉換，就比如網卡

那結合上面這個圖，就會變成這樣：

這個流程跟上面舉過的網購、快遞包裹的例子非常類似，我們下單了東西，賣家會將東西層層的包裝，而這個“打包”的過程跟協議棧對數據包的處理非常像，從上至下，將數據「Hi, there」一步步的處理。而對于我們收快遞的人來說，我們會一點點從外至里的打開這個包裹，最終拿到我們購買的貨物。而對于 4.3.2.1 的協議棧來說，一步步的將電信號還原成「Hi, there」也是同樣的道理。

而我們將這個打包的細節添加到上圖的話，看起來就會是這樣，以 HTTP 協議來說：

可以看到，每一層的包都是由 XX 頭和 XX 數據包組成的，通過協議棧的“層層加碼”，通信所需要的關鍵的信息也會被打包進去：

傳輸層，會將 HTTP 報文添加到 TCP 的數據包中，并在 TCP 頭中添加發送方、接收方的端口號網絡層，會將上一層的 TCP 包添加到 IP 數據包中，并且在 IP 頭中添加發送方、接收方的 IP 地址硬件層，會將 IP 包添加到以太網數據包中，并在以太網頭中添加發送方、接收方的 Mac 地址。

那么問題來了，我們現在只知道中間有個“網絡”，那從 1.2.3.4 機器 A 中出發的數據包，是如何找到 4.3.2.1 B 這臺機器的呢？A 從一開始就知道該走哪條線路

1.2.3.4 發送的數據，會經過協議棧從上至下的處理，變成一個一個的數據包，然后 4.3.2.1 收到數據包之后，也會經過協議棧從下至上的處理，解析出原始的消息。

參考How Does the Internet Work?《計算機網絡》

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