TB体育官方网站有很多像我一样毕业后转行的程序员，在大学里可能没有系统地学习过计算机的专业课程。

　　短时间内看，这些东西在工作中也不会接触到。但是作为一个程序员，计算机网络是必备的知识，在排查复杂问题的时候也会用到。

　　而在编程领域，平常学习的框架就是剑宗，见效很快，马上可以上手工作。而基础知识就是气宗，从长远来看很重要。

　　首先来看计算机网络，我们的教材是 《计算机网络-自顶向下方法（第7版）》，视频是 中科大郑烇、杨坚全套《计算机网络》https：//

　　下面我将带你从0到1，快速过一遍计算机网络的基础知识。现在我们来到第一章 Internet，let‘s go！

　　主要介绍了什么是计算机。在这一章我们会了解到计算机网络主要的概念和术语，为后面的章节打下一个框架性的一个基础，方便我们后面理解特定的技术术语。

　　计算机网络的这门课程的第一章，跟其他的的课程太一样。第一章是最重要的一章，都是框架的知识。希望大家要耗费一些时间精力把他熬过去，这一章有很多的新的概念，你可能觉得很痛苦。但是第一章学好之后，后面章节的学习相对来说比较简单一些。

　　在这一小节当中，我们会了解到网络的复杂性。网络不是一个平面就能够构建的，它是一层一层构建的，每一层实现一组特定的功能。然后向上一层，又借助于下层所提供的服务，通过的跟对等层的协议，实体相互交换协议的报文来实现的。

　　实现的目的是什么呢？为了向上层提供更好、更优质的服务，所以一层一层地建立。

　　电话网，蜘蛛网，社交网络当中的人人之间的朋友关系，都是网。这些网络有什么共同特点呢？和大小形状无关，他们都包括节点和边。我们可以认为，只要包括节点和边的东西，就是网络。

　　数据交换节点根据工作的层次不同，又分为交换机、路由器，和高层的负载均衡设备。

　　而链路，可以按照连接内容的不同来分类，分为 access 和 backbone 接入链路和骨干。

　　我们从构成的角度来看计算机网络的一种网络 —— 互联网，它有哪些端节点呢？

　　PC 、笔记本、 iPad 、智能手机，还有 web 服务器，都是一个主机节点，都是端系统。事实上，大几十亿的端节点都连接在互联网当中。

　　端系统包括什么呢？包括你计算机本身的硬件、能够把硬件管理起来的操作系统。

　　但是，光有这操作系统能够支持通信吗？所以，在操作系统之上还有应用进程，驻留的网络应用。比如浏览器，比如手机上的 APP ，类似美团、淘宝之类的网络应用程序。

　　所以说端系统包括哪些呢？设备本身，能够通讯的网络操作系统，还有在操作系统上面驻留的网络应用程序，这些构成了端系统。

　　有时候我们把它称之为 end system 端系统，或者我们把它叫 host 主机。

　　另外一种节点叫做数据交换节点。他跟主机节点有什么区别呢？它既不是源，也不是目标。

　　来了分组从一个端口进来，按照一定的工作方式，转发出去。通过这些中转节点的相互配合，最后完成从源节点传到目标节点。

　　节点有两种类型，在上图中，方的叫主机节点，圆圈的叫数据交换节点。从图中，我们可以看出中转节点的主要作用就是转发。

　　如果是交换机，按照目标 MAC 地址决定向哪里转发；如果是一个路由器，通过路由器网卡接收分组，之后，再查路由表决定从哪个方向转发。

　　他们也是节点，但它既不是数据的源，也不是数据的目标，它只是数据的中转节点。

　　「链路」把主机跟交换节点连在一起，把交换节点跟交换节点连在一起。最后大家构成一个网，然后之间才能够相互的通讯。

　　然后跟另外一个交换节点能够连在一起，你是把主机连在一起的，就是接入链路。

　　路由器和路由器之间，交换机和路由器之间的连接，我们把它叫 backbone，就是交换节点之间的主干链路。

　　除了节点之外，还有链路。把节点间连在一起的，叫做通信链路。链路不仅仅是网线本身，还有在网线光纤之上支持他们运转的链路层的协议。

　　来制作、生产网络设备和网络软件产品，它们之间就能够有一个互操作性，就可以互相操作。

　　换句话说，我的网卡和你的网卡，虽然它们的出生地不同，它们来自于不同的厂商，但是只要遵守同样的标准，就可以互相通信。比如说，苹果生产的爱苹果，华为生产的安卓，还有 linux 操作系统上运行的一个网络服务，他们遵守相同的协议，才可以互相通信。

　　协议可以按照它的层次不同，分为不同层的协议，比如物理层、链路层、网络层、传输层实体和应用层协议，而且每一层的协议他要分成若干种。比如 tcp、udp，网络层的 IP，还有一些路由选择协议等等。

　　比如，操作系统运行中的一个 TCP 的实体和另一个操作系统中的 TCP 实体；一个服务器的 IP 和另一个服务器的 IP；网卡跟另外一个相邻的网络当中的另外一个网卡，它们都叫对等实体。

　　不要以为互联网就是唯一的网络哦，我们还有很多其他的网络。比如银行的专用网络，军用的专用网络，很早之前各种各样的网络都有，互联网仅仅是网络的一种。

　　只不过互联网是最普及的网络，它只是几十亿台的设备、几百万个网络所构成的一个复杂网络。

　　互联网是一堆的网络连在一起的，有哪些网络呢？比如教育、科研网，还有中国电信、移动的网络这些运营商的网络，他们构成了移动互联的网络，他们通过一些或者是一系列网络交换节点，能够互联互通。

　　互联网服务提供商（Internet Service Provider），简称ISP，指的是面向公众提供下列信息服务的经营者：一是接入服务，即帮助用户接入Internet；二是导航服务，即帮助用户在Internet上找到所需要的信息；三是信息服务，即建立数据服务系统，收集、加工、存储信息，定期维护更新，并通过网络向用户提供信息内容服务。

　　互联网是一堆网络，通过网络互联的设备连在一起的。而且这一堆网络里面有包括很多小网络，这些小网络可以互相连接。

　　而互联网上的联网设备网络一共有多少几十万，甚至上百万的，几百万的网络连在一起。构成的角度来看，互联网是一堆的网络，通过网络互连设备。

　　互联网的标准是以 IETF 发布的 RFC 的文档的形式， RFC 是请求评述， IETF 是互联网工程任务组。

　　关于互联网的演化和进步，你有任何新的想法，都可以向 IETF 提交文档， 组织是一个非盈利的一个组织。他们收到文档之后，会内部讨论一下，如果文档是靠谱的，给他编个号，放在他的网站上。让全球的科学家和工程师对她请求评述。

　　互联网所有的这些标准都是以 RFC 文档的形式在 IETF 的网站上发布的，包括 TCP、 UDP、IP ，所有的协议都是这么做的。大家共同建设互联网，共同促进互联网的发展，群策群力地构建一个互联网。所以说互联网的构建方式，和某个标准化机构主导制定的一些标准是不一样。

　　互联网当中的所有通讯行为，都受到协议的规范。计算机和计算机的通信更要遵守相应的规范。

　　协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作

　　例如一个 web 的浏览器，运行在 PC 机上，web 的服务器运行在这台机器上，它们之间要首先建立起一个 TCP 的连接。

　　我是浏览器，你是服务器。现在我们之间要通信，我向你发一个 pdu （协议数据单元）。

　　pdu ，到底是什么格式？有多长？前几个字段是什么字段？每个字段，代表什么样含义？

　　比如发送了 00011，代表了我收到你的东西了，我要跟你确认等等。而你这边要解释 00011，只要你的解释跟我的解释是一样的，我们就可以互操作。

　　例如你发了是 011 给我，或者是前面 00011 给我。然后你是一个意思，我理解成另外一个意思，那就完蛋了。两者无法互操作

　　另外还包括次序和动作。计算机之间的通信不能想发就发，在特定的动作之后，才可以发送。

　　从服务的角度来看，互联网是什么呢？互联网是分布式的应用进程，以及为分布式应用进程提供通信服务的基础设施。

　　分布式应用是网络存在的理由对吗？如果没有分布式的应用，要不要网络？所以说，分布式的应用是网络存在的理由。

　　互联网的应用是什么呢？应用是为人类，或者是提供服务的一个各种各样的网络应用，包括电子商务，包括打游戏，包括一些办公系统，这些都是分布式的应用。

　　应用程序分布在不同计算机上，通过网络来共同完成一项任务。比如Web、VoIP、 email、分布式 游戏、电子商务、社交网络等等。

　　以上内容是我们从构成的角度来看互联网，它是一堆的网络，通过互相连接构成的。

　　你可以把互联网分为这几个部分，按照组成的类型来把互联网分为一个个的子系统。

　　处在因特网的边缘部分就是在因特网上的所有主机，这些主机又称为端系统（end system）。

　　我们来看一下应用进程之间通讯的模式，可以分为两种：客户/服务器模式、对等(peer-peer)模式。

　　客户端向服务器请求、接收服务。比如 Web 浏览器 / 服务器；email 客户端 / 服务器。

　　第一种模式叫 CS 模式， CS 指的是客户端服务器模式，例如 web 的浏览器和web 的服务器。

　　我是一个服务器，我运转起来了，我向客户端提供数据库的查询服务和事务的处理的服务。如果客户端比较少，我还能够处理得过来。如果服务器下面挂的客户端非常的多，你让我怎么办？

　　再来几个服务器？那好，我弄了一个服务器农场，就像向日葵一样长在整个的机房里。但是服务器一旦增多，周围相应的链路也要增多。而且服务器的载荷太大，就会宕机，一旦宕机，所有的服务都会挂掉。所以说，它最主要的问题是

　　可扩展性指的是什么呢？就是说随着请求载荷的增加，它的能力是下降的。而且客户端服务器模式达到一定的阈值的时候，会

　　有没有其他办法，能让客户端和服务器这些应用进程之间产生通讯呢？有的，这就是 p2p 模式。

　　这样，任务就被分布下来了。每个节点既是客户端，又是服务器。随着 peer 节点的增多，请求资源的节点越来越多。同时，提供资源的节点也越来越多，而且它的通信怎么是分布式的。

　　这样，就解决了客户端服务器模式的可扩展性致命的缺陷。因此，在一些文件分发系统当中，这种模式大行其道。

　　例如我们用到的迅雷，这些分布式的文件分发系统，他就是一个 p two p 的模式。

　　一开始大家都是通过 FTP 去分发文件，大家把文件上载到 FTP 服务器文件服务器，向 ftb 的客户端提供服务，这是典型的 CS 模式。

　　但是模式存在问题，服务器的扩容总是满足不了用户的请求，所以就产生了 P2P。

　　如果我要下载一个文件，文件共有三个片段。在 P2P 模式中，我是向个 Peer 节点请求文件片段，3 条路径同时下载，这样可以获得一个带宽的聚集。

　　当然，不管是哪种模式，都要借助于基础设施所提供的通信服务，他们之间才能通信。这种通信服务，也分为两种方式。

　　第一种方式是面向连接的通讯方式，例如 TCP 协议实体向应用进程提供的服务。

　　分布式应用两者之间要通信，首先要打个招呼说你好，对方说你好，然后底层的协议栈为通信，准备好相应的资源准备。之后，两个应用进程才可以通信。

　　什么叫可靠的，这里交下来是什么，对方就能收到什么。包括哪些要素不重复，不失去，不出错、不乱序。归结成一句话，就是原原本本这里发出来的啥，对方就收到啥。

　　从逻辑上看是我发给你的报文，但是物理上要交给下层。我要交给 ip ，ip 交给网卡，网卡再把编码，把它处理成物理信号，再一跳一跳的到另外一个网卡，再把它变成信号，信号再变成数字等等。不管怎么样，最终会落实到链路当中的物理信号、电磁波的信号、光信号再传输。

　　人在江湖飘，哪有不挨刀。传输的过程当中，会受到各种各样干扰的影响，总有可能出错。如果你不加控制，你传输过去，可能对方根本就收不到，或者收到一个错的。

　　所以，要靠 TCP 的实体本身的努力。下层提供的服务不可靠，而我 TCP 要上层提供可靠的服务。

　　你应用进程非常强悍，是一个强大的服务器，然后内存也很大，网卡是万兆级别的。但是客户端是一个五六年前的某品牌的小手机，运行在一个老版本上。 小手机上的内存也比较小，处理能力也比较弱。如果你发送的太快，对方来不及处理，就会产生问题。

　　所以，如果你发送速度太快，对方的 TCP 协议实体会给你一些反馈，让你慢点。如果对方的缓冲区如果还比较空，说你可以发快一点。会有流量控制，协调发送方发送速度和接收方的接收速度，从而让两者能够有序的通行。

　　如果两个应用进程采用 TCP 进行通信， TCP 协议实体能够自动的根据协议，来协调发送的速度和接收的速度，以至于不让方发送的速度太快，超过了接收方的处理能力。这就叫流量控制。

　　所以说采用 TCP 的传输两个应用进程，除了通信之前要握手之外，他还自动具备了几个特性。第一，可靠、保序，第二流量控制。第三拥塞控制。

　　当然除了 TCP （传输控制协议）之外，还有 UDP （用户数据报协议）。

　　什么叫无连接？应用进程和在另外一个进程之间通信，不需要握手、不需要互相打招呼，发出去的 UDP 报文只要符合规范，另一个进程收到后，就会马上回答。

　　个我们把它叫无连接的应用无链接的，服务就是网络基础设施需要应用进程，如果应用进程采用的是 UDP 来交互，基础设施向应用进程所提供的服务，叫无连接的服务。

　　就是说除了无连接之外，还有其他一些特点。比如数据传输是不可靠的，只要数据发出去就行了，丢了就丢了。

　　是这意思，然后也没有流量控制，我也不管，他就上面来的速度多快，我网络当中注入的速度有多快，也没有拥塞控制，所以说非常简单。

　　那你说 UDP 向应用进程提供的服务是无连接不可靠，没有流量控制，没有拥塞控制。

　　网络核心是数据交换的功能源。主机把数据发出去，并且正确地传达到目标主机。

　　当然，我们互联网和几乎所有的网络都是采用的分组交换， Circuit switching 起来基本上是用于电话网。

　　那为什么要把 Circuit switch 做个介绍呢？主要是为了对比，让大家更清楚的了解分组交换的工作原理。

　　当你打一个电话时，端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫。也就是说，在网络核心中，为你们之间的通讯分配一条独享的线路，靠信令，靠控制信息，也就是拨号，建立起一项独享的线路。

　　所以说，两个主机在通讯之前，要通过一个连接建立的一个过程，让两个主机在这里，当中的两个电话建立起一个独享的线路之后，双方就可以利用独享的线路来进行一个双向的通信了。就像图里那样。

　　就是说我跟你就是数据交换节点，咱们俩之间呢有个很宽的链路，把我们连在一起。为了提高资源利用率，网络资源会被分成片。

　　然后为每个呼叫分配片，如果某个呼叫没有数据，则其资源片就处于空闲状态，不会共享。

　　FDM：通过频分多路复用的这种方式可以发化解为划分为若干小片，两个主机在通讯之前，在每一条链路上找到空闲的一片频率。

　　TDM：按照时间来分，把他们的通信能力分解为一个个的以时间为单位的周期。然后，每个周期的第一片被第一个用户所使用，每个周期的第二片被第二个用户所使用，依次类推。

　　波分：就是采用光纤通信。他们之间是采用光纤的方法连在一起。把它们之间的可用的波段，可以分为若干个小的波段，每个用户使用其中的一个小波段。

　　但是计算机之间的通信具有很强的突发性，我们在上网的时候也不是一直在打字，也不是一直在请求数据。这样的话资源浪费情况比较多，因为我占用的链路，不可以被其他人所使用。

　　因为一个线路连接的交换机，要维护很多 piece 和 piece 之间的映射的关系。通常在核心的网络交换设备当中，会达到 10 万级别以上的一个关系维护，如果它一旦宕机了，那就 10 万对的通讯全都玩完。

　　除了采用线路交换的方式，还有哪种方式？可以让主机和主机之间通过网络核心来完成它们之间的通信呢？

　　所以，任何事情都有两面性，分组交换的好处是共享，坏处是排队延迟和可能丢失。

　　在分组交换中，分组的存储转发一段一段从源端传到目标端，可以按照有无网络层的连接，分成两种工作方式—— 数据报网络、虚电路网络。

　　是不是有点像寄信呀。每封信都写了接收人的完整的地址，并且寄信公司对每封信都是独立处理的。

　　源主机发送给的数据被封装成一个个的分组，在无连接的网络当中，我们把分组叫数据报。

　　每个数据报都先携带了目标主机的完整地址。每经过一个路径的时候，都要把 IP 分组取出来，然后匹配路由表决定往哪个方向转。一跳一跳地存储转发，每个分组独立传送，最终到达目标主机。

　　两个主机之间通信之前，要不要建立一个连接网络层的链接？没有。也就是说路由器当中不维护他们通信的状态，

　　在上图中，主机 H1 跟主机 H4 在通讯之前，要建立起虚电路。A 到 B 的虚电路， B 到 C 的虚电路， C 到 D， D 到 H4 的虚线路。

　　而且虚电路的连接不仅仅体现在源主机和目标主机之上，而且体现在中间所经过的所有实体节点之上。所以我们把连接称之为网络层的连接。

　　现在回想一下，我们在介绍 TCP 向应用进程提供服务的时候，它是有连接还是面向连接？

　　的。因为连接仅仅体现在端系统的 TCP 的实体上，中间的路由器不维护通讯状态，所以称之为面向连接，而不是有连接。

　　那么我们前面介绍了边缘和核心，现在来看一下如何边缘接入核心 —— 接入网。