上篇介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)，也提到互聯(lián)網(wǎng)（The Internet），本篇將會(huì)詳細(xì)介紹互聯(lián)網(wǎng)（The Internet）。

1. 互聯(lián)網(wǎng)（The Internet）組成及數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程

上篇介紹了你的計(jì)算機(jī)和一個(gè)巨大的分布式網(wǎng)絡(luò)連在一起，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)叫互聯(lián)網(wǎng)。

互聯(lián)網(wǎng)由無(wú)數(shù)互聯(lián)設(shè)備組成，而且日益增多，計(jì)算機(jī)為了獲取視頻首先要連到局域網(wǎng)，也叫 LAN(local area network)，你家 WIFI 路由器連著的所有設(shè)備，組成了局域網(wǎng)，局域網(wǎng)再連到廣域網(wǎng)，廣域網(wǎng)也叫 WAN（Wide Area Network）。

WAN 的路由器一般屬于你的"互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商"，簡(jiǎn)稱 ISP（Internet Service Provider），比如 Comcast，AT&T 和 Verizon 這樣的公司。

廣域網(wǎng)里，先連到一個(gè)區(qū)域性路由器，這路由器可能覆蓋一個(gè)街區(qū)，然后連到一個(gè)更大的 WAN，可能覆蓋整個(gè)城市，可能再跳幾次，但最終會(huì)到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)主干?；ヂ?lián)網(wǎng)主干由一群超大型、帶寬超高路由器組成，

為了從 YouTube 獲得這個(gè)視頻，數(shù)據(jù)包（packet）要先到互聯(lián)網(wǎng)主干，沿著主干到達(dá)有對(duì)應(yīng)視頻文件的 YouTube 服務(wù)器，數(shù)據(jù)包從你的計(jì)算機(jī)跳到 Youtube 服務(wù)器，可能要跳個(gè)10次，先跳4次到互聯(lián)網(wǎng)主干，2次穿過(guò)主干，主干出來(lái)可能再跳4次，然后到 Youtube 服務(wù)器。
如果你在用 Windows, Mac OS 或 Linux系統(tǒng)，可以用 traceroute 來(lái)看跳了幾次，更多詳情看視頻描述（YouTube原視頻下）。

我們?cè)?#34;印第安納波利斯"的 Chad&Stacy Emigholz 工作室，訪問(wèn)加州的 DFTBA 服務(wù)器，經(jīng)歷了11次中轉(zhuǎn)，從 192.168.0.1 出發(fā)，這是我的電腦在 局域網(wǎng)（LAN）里的 IP 地址，然后到工作室的 WIFI 路由器，然后穿過(guò)一個(gè)個(gè)地區(qū)路由器，到達(dá)主干。然后從主干出來(lái)，又跳了幾次，到達(dá)"DFTBA.com”的服務(wù)器，IP 地址是 104.24.109.186。過(guò)程可參考下圖：

注：如何查詢?cè)L問(wèn)的網(wǎng)頁(yè)的服務(wù)器地址-百度一下即可，這是我利用百度到的方法訪問(wèn)到的百度網(wǎng)站服務(wù)器地址

可以看到百度服務(wù)器的IP地址，其對(duì)應(yīng)的端口號(hào)為80，輸入瀏覽器中就可以連接到百度服務(wù)器了

但數(shù)據(jù)包到底是怎么過(guò)去的？如果傳輸時(shí)數(shù)據(jù)包被弄丟了，會(huì)發(fā)生什么？如果在瀏覽器里輸 “DFTBA.com”，瀏覽器怎么知道服務(wù)器的地址多少？本篇將會(huì)討論這些話題

2. IP 數(shù)據(jù)包的不足

上篇介紹過(guò)，互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)巨型分布式網(wǎng)絡(luò)會(huì)把數(shù)據(jù)拆成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)包來(lái)傳輸，如果要發(fā)的數(shù)據(jù)很大，比如郵件附件數(shù)據(jù)會(huì)被拆成多個(gè)小數(shù)據(jù)包。例如，網(wǎng)頁(yè)上所看到的視頻就是一個(gè)個(gè)到達(dá)你電腦的數(shù)據(jù)包，而不是一整個(gè)大文件發(fā)過(guò)來(lái)。

數(shù)據(jù)包（packet）想在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸要符合"互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol）"的標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱 IP。
就像郵寄手寫(xiě)信一樣，郵寄是有標(biāo)準(zhǔn)的，每封信需要一個(gè)地址，而且地址必須是獨(dú)特的，并且大小和重量是有限制的，違反這些規(guī)定，信件就無(wú)法送達(dá)。

IP 數(shù)據(jù)包也是如此，因?yàn)?code> IP 是一個(gè)非常底層的協(xié)議，數(shù)據(jù)包的頭部（或者說(shuō)前面）只有目標(biāo)地址，頭部存 "關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)"也叫元數(shù)據(jù)(meta data)。

這意味著當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)對(duì)方電腦對(duì)方不知道把包交給哪個(gè)程序，是交給 Skype 還是使命召喚？因此需要在 IP 之上，開(kāi)發(fā)更高級(jí)的協(xié)議。

3. UDP（User Datagram Protocol）

這些協(xié)議里最簡(jiǎn)單最常見(jiàn)的叫"用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議"，簡(jiǎn)稱 UDP（User Datagram Protocol）。

UDP 也有自己的頭部，這個(gè)頭部位于數(shù)據(jù)前面，頭部里包含有用的信息，信息之一是端口號(hào)，每個(gè)想訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的程序都要向操作系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)端口號(hào)。比如 Skype 會(huì)申請(qǐng)端口 3478，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)接收方的操作系統(tǒng)會(huì)讀 UDP 頭部，讀里面的端口號(hào)，如果看到端口號(hào)是 3478，就把數(shù)據(jù)包交給 Skype。

總結(jié)：IP 負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)包送到正確的計(jì)算機(jī)UDP 負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)包送到正確的程序

UDP 頭部里還有"校驗(yàn)和"，用于檢查數(shù)據(jù)是否正確，正如"校驗(yàn)和"這個(gè)名字所暗示的檢查方式是把數(shù)據(jù)求和來(lái)對(duì)比。

以下是個(gè)簡(jiǎn)單例子：
假設(shè) UDP 數(shù)據(jù)包里原始數(shù)據(jù)是 89 111 33 32 58 41，在發(fā)送數(shù)據(jù)包前電腦會(huì)把所有數(shù)據(jù)加在一起，算出"校驗(yàn)和"，89+111+33+... 以此類(lèi)推，得到 364，這就是"校驗(yàn)和"。

UDP 中，"校驗(yàn)和"以 16 位形式存儲(chǔ) (就是16個(gè)0或1)，如果算出來(lái)的和，超過(guò)了 16 位能表示的最大值高位數(shù)會(huì)被扔掉，保留低位，當(dāng)接收方電腦收到這個(gè)數(shù)據(jù)包，它會(huì)重復(fù)這個(gè)步驟把所有數(shù)據(jù)加在一起，89+111+33... 以此類(lèi)推，如果結(jié)果和頭部中的校驗(yàn)和一致代表一切正常；

如果不一致，數(shù)據(jù)肯定壞掉了，也許傳輸時(shí)碰到了功率波動(dòng)，或電纜出故障了。

不幸的是，UDP 不提供數(shù)據(jù)修復(fù)或數(shù)據(jù)重發(fā)的機(jī)制，接收方知道數(shù)據(jù)損壞后，一般只是扔掉。而且，UDP 無(wú)法得知數(shù)據(jù)包是否到達(dá)，發(fā)送方發(fā)了之后，無(wú)法知道數(shù)據(jù)包是否到達(dá)目的地，這些特性聽(tīng)起來(lái)很糟糕，但是有些程序不在意這些問(wèn)題，因?yàn)?UDP 又簡(jiǎn)單又快。

拿 Skype 舉例：它用 UDP 來(lái)做視頻通話，能處理壞數(shù)據(jù)或缺失數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)速慢的時(shí)候 Skype 卡卡的，這是因?yàn)橹挥幸徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)包到了你的電腦，但對(duì)于其他一些數(shù)據(jù)，這個(gè)方法不適用。比如發(fā)郵件，郵件不能只有開(kāi)頭和結(jié)尾 沒(méi)有中間，郵件要完整到達(dá)收件方，如果"所有數(shù)據(jù)必須到達(dá)"就用"傳輸控制協(xié)議"，簡(jiǎn)稱 TCP（Transmission Control Protocol）。

4.TCP（Transmission Control Protocol）

TCP 和 UDP 一樣，頭部也在存數(shù)據(jù)的前面，因此，人們叫這個(gè)組合 TCP/IP。

就像 UDP ，TCP 頭部也有"端口號(hào)"和"校驗(yàn)和"，但 TCP 有更高級(jí)的功能，我們這里只介紹重要的幾個(gè)：

• TCP 數(shù)據(jù)包有序號(hào)：15號(hào)之后是16號(hào)，16號(hào)之后是17號(hào)，以此類(lèi)推發(fā)上百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)包也是有可能的。序號(hào)使接收方可以把數(shù)據(jù)包排成正確順序，即使到達(dá)時(shí)間不同，哪怕到達(dá)順序是亂的，TCP 協(xié)議也能把順序排對(duì)。

以下即為該過(guò)程的示意圖：

• TCP 要求接收方的電腦收到數(shù)據(jù)包并且"校驗(yàn)和"檢查無(wú)誤后（數(shù)據(jù)沒(méi)有損壞）給發(fā)送方發(fā)一個(gè)確認(rèn)碼(acknowledgement,ACK)，代表收到了。
  “確認(rèn)碼” 簡(jiǎn)稱 ACK得知上一個(gè)數(shù)據(jù)包成功抵達(dá)后，發(fā)送方會(huì)發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)包，假設(shè)這次發(fā)出去之后，沒(méi)收到確認(rèn)碼那么肯定哪里錯(cuò)了，如果過(guò)了一定時(shí)間還沒(méi)收到確認(rèn)碼發(fā)送方會(huì)再發(fā)一次。

過(guò)程示意圖如下：

注意：數(shù)據(jù)包可能的確到了，只是確認(rèn)碼延誤了很久，或傳輸中丟失了，但這不礙事 因?yàn)槭占接行蛄刑?hào)，如果收到重復(fù)的數(shù)據(jù)包就刪掉。

• TCP 不是只能一個(gè)包一個(gè)包發(fā)， 可以同時(shí)發(fā)多個(gè)數(shù)據(jù)包，收多個(gè)確認(rèn)碼這大大增加了效率，不用浪費(fèi)時(shí)間等確認(rèn)碼。
  
• 有趣的是，確認(rèn)碼的成功率和來(lái)回時(shí)間可以推測(cè)網(wǎng)絡(luò)的擁堵程度，TCP 用這個(gè)信息，調(diào)整同時(shí)發(fā)包數(shù)量，解決擁堵問(wèn)題。
  簡(jiǎn)單說(shuō)：TCP 可以處理亂序和丟失數(shù)據(jù)包，丟了就重發(fā)，還可以根據(jù)擁擠情況自動(dòng)調(diào)整傳輸率

你可能會(huì)奇怪，既然 TCP 那么厲害，還有人用 UDP 嗎？
TCP 最大的缺點(diǎn)是那些"確認(rèn)碼"數(shù)據(jù)包把數(shù)量翻了一倍，但并沒(méi)有傳輸更多信息，有時(shí)候這種代價(jià)是不值得的特別是對(duì)時(shí)間要求很高的程序，比如在線射擊游戲，如果你玩游戲很卡，你也會(huì)覺(jué)得這樣不值!

5. DNS（Domain Name System）

當(dāng)計(jì)算機(jī)訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站時(shí)需要兩個(gè)東西：1.IP地址 2.端口號(hào)
例如 172.217.7.238 的 80 端口這是谷歌的 IP 地址和端口號(hào)。

事實(shí)上，你可以輸?shù)綖g覽器里，然后你會(huì)進(jìn)入谷歌首頁(yè)，有了這兩個(gè)東西就能訪問(wèn)正確的網(wǎng)站但記一長(zhǎng)串?dāng)?shù)字很討厭，google.com 比一長(zhǎng)串?dāng)?shù)字好記，所以互聯(lián)網(wǎng)有個(gè)特殊服務(wù)負(fù)責(zé)把域名和 IP 地址一一對(duì)應(yīng)，就像專(zhuān)為互聯(lián)網(wǎng)的電話簿它叫"域名系統(tǒng)"，簡(jiǎn)稱 DNS（Domain Name System）。

它的運(yùn)作原理你可能猜到了，一般 DNS 服務(wù)器是互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商提供的，DNS 會(huì)查表，如果域名存在，就返回對(duì)應(yīng) IP 地址。如果你亂敲鍵盤(pán)加個(gè).com 然后按回車(chē)，你很可能會(huì)看到 DNS 錯(cuò)誤，因?yàn)槟莻€(gè)網(wǎng)站不存在，所以 DNS 無(wú)法返回給你一個(gè)地址。如果你輸?shù)氖怯行У刂?#xff0c;比如 youtube.com，DNS 按理會(huì)返回一個(gè)地址，然后瀏覽器會(huì)給這個(gè) IP 地址發(fā) TCP 請(qǐng)求。

發(fā)送youtube.com

DNS返回一個(gè)地址，然后瀏覽器會(huì)給這個(gè) IP 地址發(fā) TCP 請(qǐng)求

輸入一個(gè)錯(cuò)誤的網(wǎng)址后：

如今有三千萬(wàn)個(gè)注冊(cè)域名，所以為了更好管理，DNS 不是存成一個(gè)超長(zhǎng)超長(zhǎng)的列表，而是存成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。頂級(jí)域名（Top Level Domains，簡(jiǎn)稱 TLD）在最頂部，比如 .com 和 .gov，下一層是二級(jí)域名，比如 .com 下面有g(shù)oogle.com 和 dftba.com，再下一層叫子域名，比如 images.google.com, store.dftba.com，再下一層叫子域名，比如 images.google.com, store.dftba.com，這個(gè)樹(shù)超！級(jí)！大！

前面說(shuō)的"三千萬(wàn)個(gè)域名"只是二級(jí)域名不是所有子域名，因此，這些數(shù)據(jù)散布在很多 DNS 服務(wù)器上，不同服務(wù)器負(fù)責(zé)樹(shù)的不同部分。

6. OSI Model

好了 我知道你肯定在等這個(gè)：我們到了一層新抽象！

前面介紹了線路里的電信號(hào)，以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)里的無(wú)線信號(hào)，這些叫"物理層(Physical Layer)"，而"數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)"負(fù)責(zé)操控"物理層"。

數(shù)據(jù)鏈路層有： 媒體訪問(wèn)控制地址（MAC），碰撞檢測(cè)，指數(shù)退避，以及其他一些底層協(xié)議
再上一層是"網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)"，負(fù)責(zé)各種報(bào)文交換和路由。

本篇我們講了"傳輸層(Transport layer)"里一大部分， 比如 UDP 和 TCP 這些協(xié)議，負(fù)責(zé)在計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸，而且還會(huì)檢測(cè)和修復(fù)錯(cuò)誤。

我們還講了一點(diǎn)點(diǎn)"會(huì)話層(Session Layer)"，"會(huì)話層"會(huì)使用 TCP 和 UDP 來(lái)創(chuàng)建連接，傳遞信息，然后關(guān)掉連接，這一整套叫"會(huì)話(session)"。

查詢 DNS 或看網(wǎng)頁(yè)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這一套流程，這是 開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)通信參考模型(OSI，Open System Interconnection) 的底下5層。這個(gè)概念性框架 把網(wǎng)絡(luò)通信劃分成多層，每一層處理各自的問(wèn)題，如果不分層直接從上到下捏在一起實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，是完全不可能的，抽象使得科學(xué)家和工程師能分工同時(shí)改進(jìn)多個(gè)層不被整體復(fù)雜度難倒。

而且驚人的是！我們還沒(méi)講完呢！OSI 模型還有兩層，“表示層"和"應(yīng)用程序?qū)印?#xff0c;其中有瀏覽器、Skype、HTML解碼、在線看電影等。下篇再進(jìn)行介紹

7.學(xué)習(xí)視頻地址：互聯(lián)網(wǎng)（The Internet）