1.1 什么是网络

数据从源节点通过设备之间的连接（链接）送达目的节点。源节点与目的节点的节点通过各种线路、设备（转换）装置连接在一起构成的数据链路就是网络，如下图所示。

简单的网络模型

当下主流的TCP/IP网络，是以“编址+路由”的方式传递数据的。整个过程涉及以下几个基本概念，如下图所示。

TCP/IP网络模型

1）编址

在TCP/IP网络中，通常会用IP地址、域名地址、MAC地址来描述数据报文和目的地。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，互联网上的每一个网络和每一台主机都有一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。由于IP地址具有不方便记忆并且不能显示地址组织的名称和性质等缺点，所以，人们设计了域名，通过域名系统（Domain Name System，DNS）将域名和IP地址互相映射，可以更方便地访问互联网，而不用记住能够被机器直接读物的IP地址串。而MAC地址（Media Access Control Address）称为以太网硬件地址（Ethernet Hardware address）、以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address）。在OSI模型中，第三层网络层用IP地址进行寻址，IP地址用于在网络中标识一个网络或者一台主机。数据了链路层用MAC地址寻址，标识一个网络接口。一个网络设备具有一个或多个网络接口。

将IP世界的编址方式与快递系统类比。通常，我们发送包裹时会写上收件人地址，例如“湖北省武汉市武汉大学计算机学院，小花，手机号”，这与域名地址类似，这个地址会被翻译为一个实际可送达的地址“湖北省武汉市武昌区八一路武汉大学计算机学院，小花，手机号”，这是一个明确的可寻址的IP地址。而当看快递送到驿站后，系统查找小花的手机号，给小花的学号发邮件，这个过程就是将公网可达的IP地址翻译为内部IP地址（学号）。最后，由工作人员将这个包裹送到小花的座位，这个座位与MAC地址对应，是在内部可寻址的唯一地址。

2）DNS域名解析

DNS服务器是将域名地址翻译为IP地址的设备。IP地址分为公网IP地址和私网IP地址。只有网站将公网IP地址在域名注册商那里注册了之后，用户才能通过域名访问网站，私网IP地址只能私网内部访问，如下图所示。当快递员将货物送给客户时，会打电话找客户，这相当于获得了公网IP地址。如果学校有驿站，则需要驿站通过内部邮件通知收件人（小花），以避免内部人员直接面向快递员，学习被打扰。在IP世界里，负载均衡或NAT设备便起到了小邮局的作用，他们将公网IP地址翻译为内部应用服务器的私网IP地址。

3）数据

有了数据层的地址，接下来就是对数据进行打包传输。通常会使用传输控制协议（Transmission Control Protocol,TCP)和用户数据包协议（User Datagram Protocol，UDP）。通常大家关注的是应用层协议，包括超文本传输协议（HTTP）、远程登录服务协议（Telnet）等，并不关心传输层TCP或UDP。类比：TCP相当于EMS，有确认机制，信件的传递是有保障的；UDP相当于普通包裹，在传输过程中可能丢失。

4）路由

包裹打包完成后，需要选择合适的运输工具，比如面包车、大货车等。由于不同工具的承载量不同，需要对货物进行分包。运输快递的汽车、高铁、飞机，类似于网络中的骨干网络、专线网络。报文传输会经过多种设备，每一步都在进行路径的选择，即路由。

5）交换机

报文从主机网卡发出后，用到的第一个网络设备是交换机。交换机查询报文以太网头的目标MAC地址，然后往该MAC地址所在的端口或主机发送报文。通常在同一个网段内的主机都是通过MAC地址来通信的。主机通过ARP（Address Resolution Protocol）喊话的广播方式来获得对方的目的MAC地址，然后发送单播报文。当目的的IP地址不是同一个网段的主机时，MAC地址默认网关（路由器）。