1. 什么是 Internet？
计算机网络是指两台或更多的计算机组成的网络，在同一个网络中，任意两台计算机都可以直接通信。互联网（Internet ）是把很多计算机网络连接起来，形成一个全球统一的互联网，互联网中的所有计算机都需要遵循同一种网络协议。
1.1. 特点
全球性连接：打破地理限制，无论是个人电脑、数据中心的服务器，还是手机、智能设备，只要接入互联网，就能与全球任何一个接入节点进行通信。例如，中国用户可以通过互联网访问美国的网站，发送邮件给欧洲的朋友。
基于统一协议：所有接入互联网的设备都遵循 TCP/IP（传输控制协议 / 网际协议）这一核心协议。TCP 负责确保数据传输的可靠性（如拆分数据、校验完整性），IP 则负责确定数据的传输路径（类似 "地址导航" ）。这种统一标准让不同厂商、不同类型的设备能够 "听懂" 彼此的信号。
资源共享与交互：互联网的核心价值之一是资源共享，包括信息（如新闻、视频）、服务（在线支付、云存储）、计算能力（云计算）等。同时支持双向交互，用户不仅能获取信息，还能发布内容（社交平台发布微博、短视频）。
1.2. 组成
【硬件基础】
包括物理连接的设备和线路，比如服务器（存储和处理数据的大型计算机 ）、路由器（转发数据的 "交通枢纽" ）、光纤电缆（高速传输数据的 "信息高速公路" ）、无线基站（支持手机等设备无线接入）等。
1.核心网络设备
- 骨干路由器：由中国电信、中国移动、中国联通等基础运营商部署，是国内骨干网的数据转发核心（华为 NE 系列、中兴 ZXR10 系列 ）。这些设备负责跨区域数据传输，例如将北京用户的请求转发至上海的服务器。
- 国际出入口路由器：集中部署在北上广等国际通信枢纽，是中国互联网与全球网络连接的 "闸门"，负责对接国际海底光缆和境外网络。
2.传输线路
- 国内骨干传输网：以光纤为核心，形成 "八纵八横" 的光纤干线网络（如 "京汉广" 光缆、"沪宁杭" 光缆 ），覆盖全国 31 个省市，传输速率从 100G 到 400G 不等，支撑国内超大规模数据交互。
- 国际连接线路：通过海底光缆（如中日海底光缆、亚太直达光缆 APG ）和卫星通信与全球互联。截至 2023 年，中国国际光缆总带宽超过 100Tbps ，是连接全球的 "信息桥梁"。
3.接入层设备
- 城域网设备：部署在城市范围内，包括汇聚交换机、接入服务器等，负责将小区、企业的网络接入骨干网（如电信的 "光猫 + OLT" 光纤接入设备 ）。
- 终端接入设备：用户侧的路由器、光猫、手机基站（4G/5G ）、WiFi 热点等，是个人和企业接入互联网的 "最后一公里" 设备。
2. 网络分层模型
2.1. 什么是网络模型？
网络通信是一个复杂的系统工程 ------ 从用户在手机上点击 "发送" 按钮，到数据跨越千里到达目标设备，需要完成 "数据打包、地址标记、路径选择、错误校验、格式转换" 等一系列操作。网络模型分层（如 OSI 七层模型、TCP/IP 四层模型）本质是 "将复杂问题拆解为可管理的子问题"
计算机网络从底层的传输到高层的软件设计十分复杂，要合理地设计计算机网络模型，必须采用分层模型，每一层负责处理自己的操作。在这个模型中，每个分层都接收由它的下一层所提供的特定服务，并且负责为自己的上一层提供特定的服务。上下层之间进行交互时所遵循的的约定叫做 "接口" 。同一层之间的交互所遵循的约定叫做 "协议" 。
OSI （Open System Interconnect ）网络 7 层模型是 ISO 组织定义的一个计算机互联的标准分层模型，但它只是一个定义，目的是为了简化网络各层的操作，提供标准接口便于实现和维护，从上至下依次包括：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层、物理层。
2.2. 网络模型为什么需要分层？
如果没有分层，网络通信的所有功能（从物理信号传输到应用数据解析）都需要由一个模块完成，就像用一个程序实现 "快递打包 + 运输 + 配送 + 签收" 的全流程 ------ 任何一个环节的改动（如包装规格变化）都可能影响整个系统，开发和维护几乎不可能实现。
网络分层模型中的每个层级，只需专注于自己的任务，无需关心上层如何使用数据、下层如何传输数据。例如：应用层（如微信）只需按约定格式生成消息，无需关心数据是通过光纤还是 5G 传输；物理层只需传输信号，无需知道信号里是文字还是图片。
这种 "分工明确" 的设计，让复杂的网络通信变得可拆解、可实现。
3. TCP/IP 网络模型
互联网实际使用的 TCP/IP 模型是 OSI 七层网络模型的简化版，一共分为 4 层：应用层、传输层、网络层、网络接口层（数据链路层、物理层）。
- 应用层：负责 "用户数据的格式处理"（类似 "快递里的物品包装与拆封"）。
- 传输层：负责 "端到端的数据可靠传输"（类似 "确保快递完整送达"）；
- 网络层：负责 "跨网络的路径选择"（类似 "从北京到上海的路线规划"）；
- 数据链路层：负责 "相邻设备间的数据帧传输"（类似 "两个城市间的短途运输"）；
- 物理层：仅负责 "电信号 / 光信号传输"（类似快递的 "公路 / 铁路等运输通道"）；
3.1. 应用层
应用层，负责基于某种应用层协议，为用户提供功能服务。不同的网络应用程序，需要不同的应用层协议。应用层不需要关心数据如何传输，只负责将数据包交给传输层即可。（类似 "把快递交给快递小哥"）。
应用层常见的协议有：
- 域名系统 DNS （Domain Name System ）：用于将域名解析成 IP 地址；
- HTTP 协议（HyperText Transfer Protocol ）：超文本传输协议，最初的目的用于发布和接受 HTML 网页，是目前互联网应用最广泛的网络协议；
- 电子邮件协议：常用的电子邮件协议有 SMTP 、 POP3 、 IMAP4 ；
- 远程登录协议：Telnet 协议是 Internet 远程登录服务的标准协议和主要方式，基本功能是允许用户登录进入远程主机系统；
- FTP 文件传输协议（File Transfer Protocol ）： FTP 协议用于在网络上进行文件传输的一套标准协议， FTP 允许用户以文件操作的方式（如文件的增、删、改、查、传送等）与另一主机相互通信；
应用层将产生的消息或报文（message ），发送给传输层。
3.2. 传输层
传输层协议负责定义两台主机进程之间的通信，提供数据传输服务，提供端到端的传输。
在传输层常见的协议有：
- TCP （Transmission Control Protocol ）协议：传输控制协议，提供面向连接、可靠的数据传输服务。 TCP 协议中的流量控制、超时重传、拥塞控制等内容，都是为了实现可靠性传输。例如：微信、QQ 等 IM 即时通讯软件发送文字、语音、图片。
- UDP （User Datagram Protocol ）协议：用户数据报协议，只负责发送数据包，不提供数据包的可靠性传输。所以， UDP 的实时性和效率更高。例如：腾讯会议、网络游戏、爱奇艺等软件，更看重数据的实时性和流畅性。
传输层会在应用层报文（message ）的基础上，进行分段，拆分成若干个 TCP 报文段（TCP Segment ），发送给网络层。
3.3. 网络层
在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。在发送数据时，网络层把传输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。
网络层使用的协议是 IP 协议，负责将数据从一个设备传输到另一个设备。主要的内容包括两点：IP 寻址（导航）和路由（方向盘）。
网络层在传输层 TCP 报文段（TCP Segment ）的基础上，加上 IP 报头，生成 IP 数据包（Packet ），发送给网络接口层。
3.4. 网络接口层
网络层的 IP 数据包（Packet ）发送给网络接口层后，网络接口层会负责将数据包发送给以太网。
但是，以太网并不是按照 IP 协议的方式来进行通信，它是通过 MAC 地址进行通信。所以，需要首先通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址，然后将收发双方的 MAC 地址形成一个 MAC 头部，加入到 IP 数据包（包）的前面，形成一个数据帧（Data Frame ），最后发送到以太网。
