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基本结构与协议

网络（Network）是 20 世纪的一个重要发明，其使得计算机可以互相连接，提供了无限的可能性。

概念 & 术语​

有必要先理清一些概念。

图自：https://blog.csdn.net/fiberroad/article/details/139987286

当我们讨论 “网络” 时，想到的应该是由点、边构成的图，它们有专用术语：

  • 网络节点：可以是电脑、手机、路由器、基站、服务器等，总之能接入网络的计算机都算。
    • 路由器：一种传递网络数据的设备，可以实现分发、中继等作用。路由器通常不会修改传递的数据流。
    • 服务器：提供网络服务的计算机。
  • 网络链路：例如网线、光纤、无线链路，起到连接网络节点的作用。
  • 网络协议：规定如何传输数据。

还有一些较次要的术语：

  • 数据包：在网络上传递的一组数据。
  • 流量：有时可以和 “数据包” 互换使用。

谁来提供网络服务？​

几台计算机连接起来，互相可以看到其他人的文件，这叫局域网，整个城市的计算机都连接起来，就是城域网，把城市之间连接起来的网就叫骨干网。这些骨干网是国家批准的可以直接和国外连接的互联网。其他有接入功能的ISP（互联网服务提供商）想连到国外都得通过这些骨干网。

骨干网（Backbone Network）是用来连接多个区域或地区的高速网络。每个骨干网中至少有一个和其他骨干网进行互联互通的连接点。不同的网络供应商都拥有自己的骨干网，用以连接其位于不同区域的网络。

摘自：介绍国内四大骨干网与十大ISP服务商-CSDN博客

  • 局域网：如家庭、学校、单位内的计算机网络。
  • 城域网：顾名思义，就是一个城市的计算机网络。
  • 骨干网：连接不同城市的网络，并且可以和国外连接。

目前国内有十大 ISP（互联网服务提供商），比如 CHINANET（中国公用计算机互联网）、CMNET（中国移动互联网）等。下面是 CERNET（中国教育与科研网）的结构图（别的找不到好看的图，就放这个凑合凑合）：

图自 https://blog.csdn.net/weixin_48419914/article/details/124950407

在 cmd 中，可以用如下命令查看到指定目标的路由节点：

tracert -4 www.bilibili.com

IP 地址​

简单来说，IP地址就像是互联网上每台设备的“家庭住址”。它是一串唯一的数字标识符，用于在庞大的网络世界中准确地找到并定位某台设备（如电脑、手机、服务器、智能家居设备等），从而实现设备之间的通信。

由 DeepSeek 总结，供参考

目前使用的 IP 地址主要有两种：IPv4 和 IPv6。

IPv4 地址形如：139.159.241.37，理论上有 43 亿个不同的地址，现在已经耗尽。

IPv6 地址形如：240e:97d:10:1402:0:1:1:40，理论上有 103810^{38} 个地址，根本用不完。

IPv4 和 IPv6 网络​

那么为什么我们仍在使用IPv4？

问题就在于IPv4和IPv6无法相互通信。这就是为什么IPv6的集成和适配很复杂。大多数网站或应用程序仅支持IPv4类型的IP地址。想象一下突然更改每个设备的IP地址。用户将无法访问大多数网站或应用程序，而我们在互联网上将陷入一片混乱。从旧的IP类型转换为新的IP类型的过程应分步完成。例如，这两个协议能够并行运行。此功能称为**双重堆栈**。它允许用户同时访问IPv4和IPv6内容。

摘自：IPv4和IPv6有什么区别？ - 知乎

目前的互联网，IPv4 和 IPv6 并存，并没有完全普及 IPv6。上面提到 IPv4 地址已经耗尽，那我们为什么还能正常地使用 IPv4 网络呢？

答案是网络地址转换（NAT）。我们上网时，并不是每个人都有自己的专属 IP 地址，而是一个区域内共用一个 IP 地址，这个地址由运营商的 NAT 分配。

内网 IP​

内网IP，也称为私有IP地址，是专门为在内部网络（如家庭、公司或校园网络）中使用而保留的IP地址范围。这些地址在整个公共互联网上不具备唯一性，也不能被直接路由。

你可以把它想象成：

  • 公网IP：就像你家的街道门牌号（例如：人民路123号）。这个地址是全球唯一的，快递员和访客凭借这个地址可以从世界上任何地方找到你的家。
  • 内网IP：就像你家里每个房间的编号（例如：101房、102房）。这个编号只在你的家庭内部有效。如果你对外人说“请把包裹送到101房”，而没有提供“人民路123号”这个前提，快递员是根本无法投递的。

由 DeepSeek 总结，供参考

主机名​

IP 地址都是一串数字（IPv6 是一串 16 进制数字），不好记。

一般的网站都会有自己的主机名，比如 bilibili.com，baidu.com。我们访问这些网站时，先通过 DNS 解析主机名对应的 IP 地址是什么，再通过 IP 地址访问。（粗略地说）

网络协议​

如果只有网线，并不能传输数据。我们还需要一定的网络协议。网络协议是一种 “规则” 或 “语言”，规定了使用网络传递数据的方法。

网络协议分层​

网络协议分为若干层级，底层的协议最先建立，然后依次向上建立协议。

这样做的目的是：层层抽象，隐藏细节。例如，假如我要连接某网站，我并不关心这条网络路径上的网线用的是什么插头（这个细节对我来说毫无必要）。

图自 https://blog.csdn.net/weixin_42259823/article/details/102577447

这些协议是这样依次建立的：

  • 物理层 & 数据链路层：保证了你的计算机和目标计算机（比如目标网站的服务器）之间有（至少一条）可用的网络通路。简单来说就是网线是通的。

    比如光纤、网线、路由器（网络交换机）、网卡就属于这一层。

  • 网络层：维持基本的网络连接，简单来说就是我发数据，对面可以接收。这一层主要有两个协议：

    • IP（网际协议）：把你的数据传输到目标计算机。
    • ICMP（互联网控制消息协议）：用于传递控制消息，例如网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等。
    • ARP（地址解析协议）：根据目标的IP地址，查询其对应的 MAC地址（物理地址，即网卡硬件地址）。每台物理设备的 MAC 地址是独一无二的。

  • 传输层：规定如何传输数据。

    • TCP（传输控制协议）：所谓 “分组依次传输” 的协议，传输前会先 “握手”，传输完成会回复 “收到”。
    • UDP（用户数据报协议）：只管发送，不关心对方是否收到。

  • 应用层：提供具体服务，是面向用户的层。这一层百花齐放，常见的有：

    • HTTP / HTTPS：常见的互联网网站使用这两个协议传输网页数据。
    • DNS：把主机名翻译成 IP 地址。