你比诸葛亮更厉害，你有庞大的情报网，无论走到哪都可以实时收到天下大事，并做出决策

你有比皇帝更强大的八百里加急传书，1 秒之间就能和你的大臣聊骚、分享宫里生活、快乐、与悲伤

全世界的人都在为你服务，你可以不用出门就买东西、订客栈、吃到贝加尔湖的皮皮虾、给大明湖畔的夏雨荷发红包

......

互联网，改变了我们的生活。互联网也给我们提供了就业机会，让千千万万的人吃上一口饱饭

那，你有没有想过？

这么传奇的东西，到底是通过什么方式走到我们的眼前？

里面到底充斥着什么不为人知的秘密？

现在就请你和小熊一起走向今天的探索发现，一起揭秘 21 世纪最神秘的诡异技术 ——互联网

一、是什么组成了网络？

这是一张深圳地铁线路图。

就和这张图一样，网络（network）是由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成，就像深圳地铁线路图就是一张大网，由各个站点和站点之间的连线组成。

所有的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等设备，所有的连线可以是双绞线、同轴电缆、光线等。

所有连入计算机的设备又被叫做主机(host)或端系统，除了电脑手机以外还有电冰箱、汽车、共享单车、交通信号灯、手环、监控摄像头等等奇奇怪怪的设备，目前2020年，起码有200亿以上的设备连入了互联网！

网络把很多计算机连接在一起，变成一个一个小的网络，比如家庭网络、公司网络、移动网络，把很多网络连起来就叫因特网（Internet，注意大写 I）

但是通通连起来还是不够的，我们发出去的信息和收到的信息最终会变成微信消息、游戏、邮件、网页等等，在这个过程中，到底信息来自哪里又将会去往何处？收发过程又经过了哪些处理？为什么我们可以享受网络服务？为什么会有如此多姿多彩的呈现形式？我们的数据安全又如何保证？

不要谎！让我们继续小熊说网络之为什么我们可以享受网络服务？

二、为什么我们可以享受网络服务？

从1993年开始，政府机构不再负责因特网的运营，这个时候无数的因特网服务提供商 ISP（Internet Service Provider）涌现，比如中国电信、联通、移动，为了给广大人民群众实现联网

ISP 向Internet管理机构申请很多IP地址，大ISP自己造通信线路，小ISP就租他们通信线路以及各种联网设备。

我们就只要向ISP交钱获得IP使用权，就可以接入到互联网了。

所以所谓上网就是指“通过某个ISP获得的IP地址，接入到因特网”

IP地址管理机构不会把单个IP分配给单个用户，而是把一批IP有偿租用给合格的ISP，所以因特网就是无数的ISP共同拥有的，这种现象被称为“网络中的网络”

不同的ISP根据其规模大小被拆分为不同层次，覆盖面积最广的就是主干ISP，通常为国家级范围，其次是地区，借助一个或多个主干并联，最后是本地ISP，可以直接连主干，也可以连地区，也就是我们最常用的（比如公司内网私有云、学校、公有云厂商）

任何一个ISP(除了顶层)都可以和多个ISP互联，成为他们的下级，也就是多宿（multi-home）, 这时候即使提供商之一出现问题，他仍然不会断网

那么问题来了，用户那么多，主干ISP就那么几个，肯定要涵盖超大的网络数据流量，就算他有最大的带宽，可以完成流量交换，但是距离越远传输速度越慢是亘古不变的真理，如果先把相邻地区流量转发到千里之外再转发回来，是一种对网络资源的浪费

为了避免这种浪费，一种更有效快速的转发方式出现了，那就是因特网交换点 IXP （Internet Exchange Point）

IXP充当一个桥梁的作用，如上图，右侧两个地区ISP就是通过IXP连接起来，相当于“绕过”了最高ISP，这部分的流量就不用给主干ISP付钱了，也降低了网络延迟。

既然IXP可以省钱，让别人接入IXP明摆着是赚钱的事，钱谁都想赚，那么IXP是谁来建，谁运营，谁维护，如何收费，谁让主要的ISP 愿意接进来，那就要各显神通了。

举个例子，如果在深圳内有一个NAP/IXP点，深圳移动用户访问深圳电信网络就可以不出市，费用按NAP/IXP的博弈价格收费，便宜多了，从整个大网的拓扑看，流量确实也得到很大的优化。

这个时候BAT在干嘛呢？BAT 严格意义上来说不属于ISP，他们是提供内容的，所以被叫做因特网内容提供商 ICP（Internet Content Provider），内容供应商有内容，他们的数据中心需要和运营商网络互联互通，才能被他们的用户访问。

一般是拉通了专线边界网关协议 BGP（Border Gateway Protocol），简单来说你向BAT发消息，他们就近原则回消息，根据你访问的源地址，判断消息从哪里过来的，如果是电信，就走电信的线路回去。如果是联通，就走联通的线路回去。

以前互联网数据中心 IDC（Internet Data Center）都是运营商的，为了让自己的服务跑的更快，现在是BAT都自建数据中心，也就是云，多余的计算资源也向外提供，把计算放到云上，这就是云计算，尤其是阿里和腾讯的云服务很不错。

如果一个IDC同时也是一个IXP点，网络的互联互通就是楼道之间的布线，不但成本低，而且更稳定（不用担心光缆被挖断）。这个IDC的网络质量就比普通的IDC要优秀，也就更值钱。这种模式就是现在火热的互联网盈利模式，IXP可以不赚钱，IDC发大了。

再结合一个叫软件定义网络 SDN（Software Defined Network）的东西，特别是可编程路由，使得路由可以根据业务需求，流量需求，怎么省钱怎么来，用他来充当IXP的角色，成本比路由器还要便宜，而且可以按需调度，可以支持复杂流量工程，以实现分布式拒绝服务（DDOS）防止被攻击。

三、为什么不同国家的计算机能听懂对方说的话？

至此，关于为什么我们可以享受网络服务这个问题，你应该非常清楚了！主机和主机要达到交流的目的，就需要秦始皇这样的人做语言大一统，让计算机之间就能听懂对方传递的信息，并且准确的转换成人类可理解的语言。

语言大一统的交流办法就是这一节的主角协议 (Protocol)

举个栗子，上面是一个马春花的老公和他朋友的聊天过程，一个人先发起，另一个人应答，上图中的男人说“是那事吗？”就是一个应答，应答中隐含了一个暗示，我在等你接着说。当然，他也可以拒绝回答。

询问、回答确认或者询问得不到回答，都是基于人类会话协议的交互过程。

在我们人类会话协议中，询问内容就是我们发送的报文，也有根据报文的应答报文和其他事件采取的动作（例如，等待一段时间没有任何应答）

如果人们使用不同的协议，比如听不懂对方的语言、另一个人是不想说话，这个交互过程都无法进行。

网络协议类似于人类协议，只不过把对话的人换成了某些硬件和软件设备（例如计算机、手机、路由器），他们之间使用的都是同一种语言（byte 流，最终解析成电信号），严格受协议的制约。

• 硬件直接通过网线互联，通过协议控制网卡之间的比特流

• 端系统通过阻塞控制协议，控制收发包过程中分组发送速率

• 路由器协议，控制分组从源到目的地之间的路径

协议无处不在，上面的图就表示一个计算机网络通信协议的简单表述过程。

协议 (Protocol):定义在两个或多个通信实体之间的报文样式和顺序，以及报文发送和接收一条报文/事件所采取的动作。

至此我们揭秘了互联网到底是如何传递信息的，以及是如何组成的，让视野回到手中，拿起手机连上wifi，揭秘网络的边缘。

四、为什么我的电脑、手机、ipad 都能在家里连网?

之前我们讲过，和因特网连在一起的所有计算机和其他设备（服务器、移动穿戴设备等）都被叫做端系统，端和边缘都是指网络的末端，牢记这个概念。

至于如何连接起来的，要归功于光、电、波三大技术，是不是突然发现《模电》、《数电》、《数字信号处理》不是白学的了。

边缘路由器（edge router）就是把本地端系统连接到任何远程端系统路径上的第一台路由器（比如常说的“猫”），而把端系统物理连接到边缘路由器的网络就叫接入网。

最早的接入方式是用电话线和电缆，电话公司就是ISP，通过数模转换得到数字型号，家到ISP通过双绞铜线连接（搓成麻花状的铜线）

因为这些线不仅要承载高频段网络数据传输，还要承载低频段的双向电话信号传输，材料又是铜线，所以传输速率受限。

之所以电话信息和网络信号之间不会有影响，可以回忆一下当时学的滤波器原理。

为了快，又发展出了混合光纤同轴系统 HFC（Hybrid Fiber Coax）, 电缆接到用户家里，还是用本地电话的基础设施，光缆从有线电视公司接出。

再发展出光纤到户，速度快的不是一点半点，不过只有人员密集的小区才会配备，如果没配备自己想单独拉一条光纤，要花上万元。

其中一种光纤连接方式叫被动光纤网络 PON（passive Optice Network），就是把很多家庭的光纤通过光纤网络端接器 ONT（Optical Network Terminator）开始，连接到临近的分配器，汇聚成一条光纤，最后连接到本地中心局（CO,centeroffice）（链接用户到通信运营商的交换网络），实现上网。

当然，上面都是说怎么连出去，家里一般有很多设备，他们会组件成局域网（LAN），通过猫（DSL）或者交换机来连接。

但是我们在用的时候总不能给手机插个网线吧，为了达到移动用网的目的，我们更需要一些无线连接方式，也就是熟知的wifi、蜂窝网络（2G、3G、4G、LET）。

好了，我们知道端系统之间是怎么连接起来的了，那端与端之间又是通过什么进行通信的呢？又是谁在给我们提供应用服务呢？肯定不是中间躲着一个接线员，人工识别信号请求再发送网页给你，要真是这样，100 个接线员服务一个人都不够。

需要一些端系统来充当服务器，端系统又被叫做主机，可以划分为两类客户(client) 与服务器(server)，客户一般是指个人电脑、手机、ipad等设备，一般指可以接触到并拿在手中，只要连网就可以享受服务的设备。

服务器是指存储和发布web网站、视频、中继电子邮件等的大型计算机或者数据中心，这些数据中心里面可能有数十万台服务器。

在他们之间我们熟知的有两种通信方式，客户机-服务器方式（C/S）和对等方式(P2P)。

客户机-服务器方式是最常用的，我们平时用手机上网就是一个最典型的呈现

客户端知道服务器的地址，主动向服务器发起通信，服务器可同时处理多个远程客户的请求且永远不停机的运行。

对等方式，是指两个主机在通行时可能又是服务请求方也服务提供方

非常著名的某网盘就是用的这种技术，为了实现加速，你下载文件以后，假如周围的人要下载同一个文件，就会把你的电脑当作服务端进行就近传输，如果周围很多人都下载了这个文件，就会有很多个服务端，分别下载文件的不同部分，最终汇总成一个完整的文件来达到加速的目的。

第四节我们学会了边缘网络的接入方式以及通信方式，联系上面的章节我们知道了网络的各种连接方式，也知道中间有ISP、IXP、ICP，但是并不知道，客户端发送一条信息，怎么通过千山万水准确的到达服务器，下一节我们来缕一缕这个过程。

五、为什么郭杰瑞在美国发送一条视频，远在中国深圳南山科技园的我能收到？

这一节讲网络核心，着重讲转发表与路由选择协议。

不用担心封号，我已经打码了。

郭杰瑞最近在做战地记者，我最近老是在微博上收到他的视频推送，冷静下来一想，为啥他在那么远的地方发个消息会被我刷到，难道是因为什么特别的缘分？怪不得说网络一线牵，珍惜这段缘。

排除了网络的边缘就是网络的核心了，也就是一堆分组交换机和链路构成的网状网络。

当然，还有两种交换方式叫电路交换和报文交换，但由于分组交换的效果最好，这两种方式都用的很少。

在各种网络应用里，端系统之间彼此交换报文（message），报文里包含了协议，可以传输文本也可以传输数据，比如视频、音乐等。

从源端系统向目的端系统传输报文时，长报文会被切分成碎片，称之为分组(packet)，每个分组就是一堆byte的集合（可以理解为10101100这样的高低电平），通过通信链路和分组交换机（路由器和链路交换机）进行传输。

但是呢！路由器只能从相连的一条链路得到分组，再转发给另一个相邻的链路，啥意思？就是完全没办法一下子从美国发信息直接发到深圳。

这是因为路由器内的存储空间是有限的，根本不可能把全世界那么多设备的位置都存起来，即使是能存得下，如果黑客改变了里面的内容，岂不是可以随便伪装成任何人了。

所以聪明的程序员设计出了转发表和路由选择协议，负责把目的地址的一部分映射成输出链路，如果把路由器比喻成人，把报文比喻成信件，我们只能靠问路来寄信！

每个人就只知道大概方向、以及距离更近的路由器位置，每次问路都会距离目的地更近一点，每次问路结束都会知道下一个更近的人的位置，就这么一路问过去，直到投递成功。

每台路由器具有一个转发表（forwarding table），负责将目的地址（或目的地址的一部分）修改为适当的输出链路，你就距离目的地更近了一步。

当然，不是漫无目的的修改，会通过一系列的算法，选择出最优路径，一般是在16跳（16次）以内就能到达任意位置这就是路由选择协议（routing protocol）的内容，如果感兴趣可以自己下来查查。

你可以登陆www.traceroute.org，随便选择一个源，输入你的真实ip或域名，看看他是怎么跳转的。

我选了美国的一个AS 1221节点和百度的域名，经过了13跳才到达目的地。

六、为什么网络要分层？