網際網路是如何連線的:計網概述

AD_milk發表於2020-06-26

當你在瀏覽器輸入網址之後會發生什麼

最直觀的感受當然是跳轉到網址所指向的頁面啦,但在網路比較卡的時候,你可能注意到過,瀏覽器的左下角通常會有一些等待什麼什麼請求之類的小字。這時候,一個問題讓你搜尋到了這篇博文,我輸入網址之後,瀏覽器到底幹了什麼?更要命的是,我想知道網際網路到底是如何把每個人連線起來的?

我們先來認識一下你的瀏覽器,雖然大多數時間你都在使用它愉快的網上衝浪。可能在你的印象裡,這個玩意兒就是隻能開開網頁,看看視訊,功能強大,但略顯單一。現在,隨便找個PDF檔案然後開啟,你的預設方式應該是你心愛的瀏覽器。如果不是,可以右鍵選擇開啟方式,再用瀏覽器開啟。

應該都能開啟吧?這麼一說,好像我們從來沒注意過這傢伙居然還有別的用處。為什麼潛意思裡覺得它就是看看網頁呢?這裡要更新一下名詞,實際上我們輸入的網址,更準確的叫法應該是URL。

URL: Uniform Resource Locator,統一資源定位符。詞聽起來有點繞口,你可以看看現在開啟PDF標籤頁的位址列,看看它的開頭是不是跟網址不一樣

URL有各種各樣的寫法“http:”、“https:"、“ftp:”、“file:”、“mailto:”,開頭部分表示了瀏覽器應當採取的訪問方式。那麼輸入網址之後,首先發生了什麼事就呼之欲出了。

瀏覽器先得解析URL

比如我們要訪問部落格園的首頁,那麼應該在位址列輸入https://www.cnblogs.com。瀏覽器看到URL的開頭是https,就會明白這是一個web請求,後面的www.cnblogs.com指的是Web伺服器域名。

域名可以看成是IP地址的別名,你可以在搜尋引擎裡輸入IP,你會看到一連串的數字。沒有人會希望上個網還要先拿小本本把經常用到的IP地址記下來,再說,輸入這一連串的數字也很麻煩,一不小心就輸錯了。所以我們使用域名來代替IP地址,幫助記憶。

IP地址:你可以類比於現實中的住房地址,因特網上的計算機也擁有一個惟一識別符號來區別它的網路上的芳鄰(其他的電腦)。

APP支援IPv6網路是怎麼回事?你可能在APP啟動介面的底部看到過這行小字,實際上IPv6之前是IPv4(網際網路通訊協議第四版),就是一個給大家分配地址的協議,在這個版本里IP用32位的整數表示。32位?看起來很長的樣子,然而2011年的時候,IANA就宣佈IPv4地址43億IP地址已經分配完畢。

後續的IPv6可謂是超級加強版,32位擴充套件到了128位意味著能給地球上每一粒沙子編號,他能分配大約3.4×10^38個IP地址!

向DNS查詢Web伺服器的IP地址

域名對應著IP地址,那麼如何才能知道這個域名對應的IP地址是什麼呢?自然是得問拿小本本記下這些東西的人啦。

DNS : 一個可以將域名和IP地址相互對映的一個分散式資料庫,能夠使人更方便的訪問網際網路,而不用去記住能夠被機器直接讀取的IP數串。

只用一臺DNS伺服器去儲存數不勝數的IP地址是不可能的,所以在分散儲存的情況下,一臺DNS是如何處理它查詢不到的域名資訊呢?

實際上,如同域名一樣,DNS也是分級的。域名的最左邊部分表示機器名字,它隨後的部分則是該計算機所屬的組織,可能還會有子組織。最右邊則代表頂級域名,指定該計算機所屬組織的型別。大部分的頂級域都被用於美國的公司和組織,其他國家的計算機一般是用國家的特有頂級域,比如cn(中國)。

頂級域 主要應用
edu 教育機構
com 商業公司
org 非盈利組織
net 網路供應商
cn 中國國家頂級域名

負責管理下級域的DNS伺服器找不到該域名對應的IP地址就會傳送一個請求到它們的上級DNS伺服器中去尋找,然後上級DNS還找不到就到更上一級的DNS伺服器中,以此類推。最上一級叫做根域,根域伺服器的地址在配置DNS伺服器的時候就已經寫入其配置檔案裡面了。

分配給根域DNS伺服器的IP地址在全世界僅有13個,很遺憾中國沒有。日本佔據一個,其他的全是歐美。

雖然IP地址只有13個,但實際上伺服器的數量遠遠多於13個,因為根域DNS是使用多臺伺服器對應一個IP地址的。

不知道你是否有過瀏覽器突然不能訪問網頁的經歷,更離譜的是QQ居然能用,就他瀏覽器不行。這是為什麼呢?多半是DNS伺服器地址的問題,在 控制皮膚\網路和 Internet\網路連線 右鍵屬性選擇IPv4 改成下圖一般就好了

為什麼QQ沒問題呢?因為QQ是直接通過IP連線的。

你訪問的其實是檔案

現在不如點開一下我首頁的第一篇部落格吧,或者直接訪問https://www.cnblogs.com/AD-milk/p/13171059.html然後按下F12開啟開發者模式,讓我們看看都有些什麼?

我們請求了一個html檔案,1317...好像就是輸入的網址裡的那個。這麼說的話,這一個一個斜杆好像確實是像檔案路徑的結構!

但如果你訪問部落格園的首頁,你會發現路徑名那裡只有一個/,這表示根目錄,好像並沒有指定檔案呀。這種省略檔名的情況下,一般是預設訪問根目錄下的index.html或者default.html這樣的檔案。

html:超文字標記語言,你可以簡單的認為是可以在文字中嵌入音訊,圖片和連結的語言

按理說我們只是請求了13171059.html這個檔案,但從圖中來看我們好像請求了不止一個檔案,這是為什麼?回想一下,你會有過因為網路卡而導致載入的頁面只有文字的情況?這一般是因為網路問題,css檔案以及圖片沒有被傳輸過來。瀏覽器在載入檔案之前並不知道這裡還需要什麼圖片或者檔案,只有載入之後才會繼續傳送請求。

博文中圖片的原始碼

css檔案是一種用來指定html樣式的檔案。缺少了它頁面就沒有好看的風格了。

1 條請求訊息中只能寫 1 個 URI。如果需要獲取多個檔案,必須對每個檔案單獨傳送 1 條請求。

URI:Uniform Resource Identifier,統一資源識別符號,URL是特殊的URI

眨眼間的旅途

你說的我都知道了,可你還是沒有回答我,網際網路到底是如何互聯的?

首先來考慮一個簡單的場景:兩臺電腦之間如何互相通訊?當然是接跟線把兩個都連上啦,那再來五臺怎麼辦?往電腦上再打五個介面?這顯然不現實,我們可以讓集線器幫我們的忙。它具有多個埠,可以實現其內部所有網路裝置的連通。不過集線器是個榆木腦袋,它唯一知道的事情就是:當某一個埠發出資料時,它就把這個資料複製到與其連線的其他埠,這樣所有連線到集線器的裝置都可以獲得這個資料包。這跟個大喇叭一樣,太煩人了,說點悄悄話都不行。

之所以電纜不如光纖通訊速率高,是因為電訊號在提升通訊速率的同時,其衰減率也會提高(訊號在傳播過程中減弱),導致訊號無法傳到目的地。相對地,光訊號本來的衰減率就很低,提高通訊速率也並不會提高衰減率。此外,光纖還不受電磁噪聲的影響,因此光纖能夠進行高速通訊。

不是光訊號本來就比電訊號快啦!!!

為了解決廣播所帶來的安全問題,以及減少不必要的流量,我們可以換個聰明點的傢伙:交換機。交換機比集線器智慧的地方在於,它記下了與其相連的主機的實體地址MAC,他把這些儲存在地址表裡面。那麼現在,當資料包從一個埠發出時,它能根據資料包提供的目標MAC,直接將資料發往預期的目的埠。終於可以和喜歡的女同學說悄悄話了,呼~~。

但集線器和交換機只能在區域網中交換資訊,無法在外部網路交換。因為要在網際網路上通訊需要識別IP地址,顯然集線器和交換機沒有這個功能。所以我們需要用到路由器:它是一個能根據IP地址,將資料包從一個路由轉發到另外一個路由的裝置。這意味著它具有過濾功能,但一個資料包達到該路由時,它會檢查這是否是發給自己的,如果不是的話就將它轉發給其他路由。所以它相當於一個網路的閘道器。

現在的路由器大多整合了三者的功能,成了“瑞士軍刀”。讓人想不到的是,儘管交換機比路由器簡單,但實際上路由器早於交換機問世。

現在從我們電腦發出的請求資料包就沿著電路,被多個路由器轉發,最後到達目的地。

至此,這眨眼間的漫長旅途迎來了終點。但其實網路通訊遠不止這些,這裡省去了很多東西,其中最重要的就是各式各樣的協議了。缺少協議會使得網路世界通訊困難,就好比現實生活中你覺得點頭表示OK,搖頭表示NO,但另外一個人卻持相反的認識,這時候你們倆的交流就會遇上大麻煩!

協議:定義了在兩個或多個通訊實體之間交換的報文格式和順序,以及報文傳送和接收一條報文或其他事件採取的動作

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