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。

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》