互联网

互联网是由全世界众多网络连接而成的网络。互联网的核心就是一系列协议，总称为"互联网协议"。

协议

协议是定义了数据如何在计算机内或之间，进行交换的规则。它们对电脑如何连接和组网，做出了详尽的规定。

五层模型

用户接触到的，只是最上面的一层，根本没有感觉到下面的层。越下面的层，越靠近硬件；越上面的层，越靠近用户。要理解互联网，必须从最下层开始，自下而上理解每一层的功能。

每一层都是为了完成一种功能。为了实现这些功能，就需要大家都遵守共同的规则。大家都遵守的规则，就叫做"协议"（protocol）。

互联网的每一层，都定义了很多协议。这些协议的总称，就叫做互联网协议（Internet Protocol Suite）。

实体层

• 它是什么？

  它是把电脑连接起来的物理手段（网线、光缆、电缆、无线电波）。

• 它的用途是什么？

  作用是负责传送0和1的电信号。

链接层

• 它的用途是什么？

  解读电信号，确定0和1的分组方式。

以太网协议

• 它有什么规则？

  它规定，一组电信号构成一个数据包，也叫做帧（Frame）。

  每一个数据包为两个部分：

  • 标头（Head）：包含数据的一些说明项，如发送者、接受者、数据类型等等。
  • 数据（Data）：数据包的具体内容。

MAC 地址

以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有网卡接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。

• 它是什么？

  它是网卡地址，也是数据包的发送和接收地址。

• 它的作用是什么？

  用来定位网卡和数据包的路径。

• 它的特点是什么？

  每一块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址。

广播

• 它是什么？

  一种发送数据包的方式。

• 它是怎么发送的？

  向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。

• 它的特点是什么？

  广播的限制是，两台计算机要在同一个子网络中。这是合理的设计，可以避免很多灾难。

总结

我们有了MAC地址，然后以太网会使用广播的方式，将数据包发送给局域网内所有的计算机，它们读取数据包的标头，找到接收方的 MAC 地址，与自身的 MAC 地址相比较，如果相同就接收这个包，否则就丢弃这个包。

有了数据包的定义、网卡的 MAC 地址、广播的发送方式，“链接层”就可以在多台计算机之间传送数据。

网络层

• 它是什么？

  一套新的地址，这套地址叫做网络地址，简称网址。

• 它的用途是什么？

  引进一套新的地址，使我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。

• 它是怎么区分的？

  通过IP协议和子网掩码。

IP 协议

• 它是什么？

  用来规定网络地址的协议。

• 它的作用是什么？

  一个是为每一台计算机分配 IP 地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络中。

• 它长什么样？

  用四段十进制数表示，从0.0.0.0到255.255.255.255。前一部分表示网络，后一部分表示主机。

• 它的特点是什么？

  网络部分相同，就表示处于同一个子网络。

• 怎么判断网络部分是否相同？

  将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算，比较是否相同，就可以知道是否在一个子网络中。

ARP 协议

• 它有什么用？

  在同一个子网络中，已知IP地址的情况下，通过ARP协议，可以得到主机的MAC地址。

• 它的局限是什么？

  只作用于同一个子网络中，如果两台主机不在同一个子网络，那只能把数据包传送到两个子网络连接处的网关去处理。

总结

每台计算机有两种地址，一个种是MAC地址，另一种是网络地址。这两种地址之间没有任何联系，MAC 地址绑定在网卡上，网络地址由管理员分配，它们只是随机组合在一起。

网络地址用来确定计算机所在的子网络，MAC 地址则将数据包发送到该子网络中的目标网卡。

如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用路由方式发送。

传输层

• 它的用途是什么？

  建立端口到端口之间的通信。

端口（port）

• 它是什么？

  它是一个编号。

• 它的用途是什么？

  用来区分接收到的数据包要提供给哪个程序使用。

• 它的特点是什么？

  由 16 个二进制位组成，一个0到65535之间的整数，前面1023个被系统占用。

UDP 协议

• 它的用途是什么？

  在数据包中加入端口信息。

• 它的缺陷是什么？

  可靠性较差，可以将数据发出，但是无法知道对方是否收到。

TCP 协议

• 它是什么？

  一个有确认机制的UDP协议。

• 它的用途是什么？

  为了解决UDP协议的问题，提高可靠性。

• 它是怎么做到的？

  操作系统会有接口来管理它，它使用三次握手来建立一个连接，使用四次握手来中断一个连接。

• 它还有什么特点？

  它会确保数据传输的可靠性，并保证每一个字节在接收时，维持它们的发送顺序。

总结

有了 MAC 地址和 IP 地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，想要知道接收到的数据包到底是给哪个程序使用，这还需要一个参数，就是端口。

网络层的功能是建立主机到主机之间的通信，传输层的功能是建立端口到端口之间的通信。

每一层都会往数据包中追加新的信息，最后就是这个样子：

应用层

• 它是什么？

  它是应用程序的数据协议。

• 它的作用是什么？

  用来规定应用程序的数据格式。应用层接收到传输层的数据，加下来就要进行解读。

总结

网络通信就是交换数据包，发送数据包需要知道两个地址：一个是对方的MAC地址，另一个是对方的IP地址。

如果两台电脑不在同一个子网络中，就无法知道对方的 MAC 地址，必须通过网关转发。

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用户上网设置

通常必须做一些设置，需要四个参数：

• 本机的 IP 地址
• 子网掩码
• 网关的 IP 地址
• DNS 的 IP 地址

DHCP

动态 IP 地址，指计算机开机后，会自动分配一个 IP 地址，使用的协议叫做DHCP协议。

每一个子网络中，有一台计算机负责管理本网络的所有 IP 地址，它叫做DHCP服务器。

域名

• 它是什么？

  IP 地址的别名。

NDS 协议

• 它的用途是什么？

  将域名查出 IP 地址。

• 它是如何做到的？

  本机需要先知道 DNS 服务器的 IP 地址，然后根据域名的层级，使用分级查询。

• 域名的层级是什么？

  • 所有域名的尾部，实际上都有一个根域名。举例来说，www.lcong.cn真正的域名是www.lcong.cn.root，简写为www.lcong.cn.，后面有一个.。
  • 主机名（三级域名）.次级域名（二级域名）.顶级域名（一级域名）.根域名

• 分级查询是什么？

  从根域名开始，依次查询每一级域名的 NS 记录，直到查到最终的 IP 地址。

  • 从根域名服务器查到顶级域名服务器的 NS 记录和 A 记录
  • 从顶级域名服务器查到次级域名服务器的 NS 记录和 A 记录
  • 从次级域名服务器查出主机名的 IP 地址

• A 记录和 NS 记录是什么？

  域名与 IP 之间的对应关系，称为记录。根据使用场景，记录可以分成不同的类型，NS和A就是类型。

• 常见的记录有哪些？

  • A：地址记录，返回域名指向的 IP 地址
  • NS：域名服务器记录，返回保存下一级域名信息的服务器地址，只能设置为域名
  • MX：邮件记录，返回接收电子邮件的服务器地址
  • CNAME：规范名称记录，返回另一个域名，即当前查询的域名是另一个域名的跳转

Hosts 文件

• 它是什么？

  Hosts 文件存放的是域名和IP的对应关系，在网络请求阶段发挥作用。