前言

对于非计算机专业出身的开发，往往工作许久对网络还是一知半解。查找文章又常是专业性极强的说明文，读了又读，还是难以形成一个系统的概念。知识需要框架，让我们自下而上，一块聊聊网络。

共享局域网

我们都知道计算机是通过收发信号进行通信的，但是信号是如何找到目标的呢？

最初的计算机网络通信的方法很简单：“共享”！

好比大家坐在一个屋子，发言人只要说话，大家就能听到。同样的道理，只要把所有的计算机用“一根线（集线器）”连在一起，这就是一个简易的网络；这时任何一台计算机如果需要发消息，只需要把消息发出去，所有计算机就都收到了。

这是最早的网络，也叫做“共享局域网”。模型很简单，缺点也很明显：

• 所有用户都能收到其他所有人的信息；连接的用户越多，收到的无用消息就越多;

• 如果多台计算机同时发送数据，可能会导致“数据碰撞” —— 也就是互相干扰导致发送失败，形成一个“冲突域”；

• 为了避免上面的情况出现，CSMA/CD协议规定：同一时间内只有一台计算机可以在“共享局域网”中发送消息。

以上缺点就好比开会时，每次只许一个人发言，其他人想说话？等当前发言者结束才行。这就决定了网络规模不能太大，否则用户越多，等待别人通信结束的时间就越长，效率太低。

这怎么办呢？

我们可以设想：如果我们有这样一台设备，它有多个端口，每个端口连一台或多台电脑，端口之间是隔离的。同一个端口上的电脑发消息依然是共享，但如果想要发消息给另一个端口上的电脑，就需要通过这台设备将消息转发到对应的端口。这个设备叫做”交换机“。

这里是一台交换机示意图，电脑1、2、3处于同一个共享局域网。1发消息，2、3都会收到，如果1想要发消息给4，就需要交换机将消息从端口1转到端口2，这样电脑4、5就接收到了消息；此时端口3中的设备不受影响。

这样就能形成多个独立的“共享局域网**”，**彼此可以同时独立工作，非必要时不会互相影响，能有效减少数据碰撞的发生，提高效率。

交换式局域网

通过交换机连接形成的网络叫做“交换式局域网”。交换机有多个端口，每个端口连接着数量不等的设备；每台设备都有着自己的名字（MAC地址）。交换机将哪台设备连接着哪个端口都一一”记录在案“，成为一张“MAC地址-端口表”；当一个设备试图发消息给另一个设备时，交换机会根据“MAC地址-端口表”进行查找：如果两个设备位于同一个端口就什么都不做；如果属于两个不同的端口就将消息进行转发；如果是个没有记录的”黑户“，就对所有端口”泛洪“发送。

这样在一定程度上扩大了网络的规模；但是，交换机有很多使用限制，例如：

• 交换机MAC地址表容量有限，而交换机如果发现“MAC地址-端口表”中找不到目标电脑，就会进行全部端口的”泛洪“发送数据，可能引起网络拥塞。

• 交换机端口数量有限，大型网络需要交换机互联，但大规模交换机网络的维护、监控和安全管理也较为复杂。 

广域网

数量众多的局域网通过各种方式连在一起就形成了广域网，比较常见的连接方式是通过路由器进行连接。交换机可以接入路由器，路由器又连接其他路由器等设备，网上的所有设备都是网络节点。

与交换机类似，路由器也有多个端口，内部也存储着一个”小本本“——路由表。路由表上记录着到达其他网络设备的路线图。你想要访问的任何设备的IP如果在路由表中能找到，路由器会算出到达该目标要经过的最佳”网络节点路线“，然后将信息传递给下一个路由器，下一个路由器以同样步骤向下传递。这样，路由器通过”口口相传“，直到将信息送到目的地。

如上图所示，电脑4如果想要发消息给电脑5，首先将消息发给路由器4，路由器4通过路由表查到路线应为 “路由器1->路由器2->电脑5”，然后路由器4将消息转给路由器1。

与普通的交换机通过MAC地址寻址方式不同的是，路由器是通过IP地址在网络中查找目标，而根据IP地址查找的效率要高很多。

IP地址

目前常用的IP地址是由4个0~255的整数数字表示的，例如：192.168.0.1。如果有人说他的IP地址是192.168.10.256，那肯定是错的。

为了方便寻址，每个IP地址都包含了两部分：网络号与主机号，同一个网络上的所有主机使用同一个网络号，每个主机都有自己的主机号。网络号将设备分了组，寻找一台设备先根据他的IP找到他所在的组，就能大幅缩小搜索范围。

以下是常见的3种网络的参数：

由于IP是用4个0-255的数字表示的，最多可以表示255*255*255*255台设备，大约是42亿，但实际可用的地址比42亿要少。而手机、电脑、路由器、交换机、监控摄像头等大大小小的设备都需要IP地址并且设备数量还在不断增多，IP地址早就已经不够用了。

其实很早之前人们就发现了这个趋势，为了解决这个问题，想出了一种方案：大网再分割成小网络，每个小网中的IP可以自行划分管理，跟大网的IP互不干涉；好比原本用0-9最多能表示10个人，现在改为表示10个分组，每个分组可以再划分10个编号；这样不就能表示100个人了嘛。

子网掩码

根据上面的方案，我们可以将大网的主机号范围通过特别的规则继续划分成子网的网络号+主机号。

可以这样简单理解：编号“9527”原本只能表示一个人，现在我们在编号后增加一个数字，范围是1~3，如：“9527/1"表示“9组527号”；“9527/2”表示“95组27号”；“9527/3”表示“952组7号”。

增加的这个数字对编号9527进行了“二次划分”，将其分割成了两部分：组别+编号。原本只能表示一个人的编号“9527”现在可以用来表示3个人，并且还分了组：“9527/1"跟“9528/1"都是9组，“9527/1"跟“9527/2"就分属9组跟95组......

子网掩码就可以简单理解为上面这个增加的数字，他将大网IP的主机号范围二次分割成子网的网络号+主机号。现在大网就叫做“公网”，子网就叫做"内网"，我们常说的“内网IP”就是在子网中独立划分管理的IP，是无法拿到公网中使用的，而各个子网中的IP是独立划分管理的，因此可以彼此相同，互不干扰。

子网掩码使得IP地址紧张问题得到了有效缓解。

域名

我们上网，实际就是在访问网络中不同的服务器。无论是刷网页，还是搜索我们想要的信息，实际都是在向网络中某个服务器的发送消息请求，服务器收到我们的请求，将我们需要的信息发送给我们。那么我们的消息是如何到达对应的服务器的？

服务器也是电脑，也有自己的IP地址；访问一台服务器需要知道他的IP地址，但是IP地址太难记了，人们为了方便记忆，创造了“域名”。我们所熟悉的网址http://www.baidu.com/xxx，其中的www.baidu.com就叫做域名，每个域名都有其对应的IP地址，“域名-IP表”则存在域名服务器上。

当我们在浏览器上输入网址http://www.baidu.com/xxx时，浏览器会自动解析出域名www.baidu.com并去“域名服务器”上查找其对应的IP地址，然后再去该IP地址的服务器上获取我们需要的资源，这样我们就完成了愉快的“网上冲浪”。

结束语

上面的例子都是大幅简化后的模型；经过多年的演化，互联网早已经达到了十分惊人的复杂度。其每一步流程都包含了大量前人的智慧，甚至演化出相关的专业；有兴趣的小伙伴可以进一步了解互联网的相关知识。

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