引言¶
互联网 Internet（音译：因特网），通常认为，互联网起源于阿帕网（ARPANET）
常见的互联网服务有：万维网 WWW(World Wide Web)、文件传输 FTP、电子邮件 E-mail 等
网络分类¶
互联网¶
大概 1970 年
互联网使用 ISP 网络连接各种各样的网络
按照规模大小通常可分为三级：骨干网（Backbone Network）、地区网、校园网/企业网/小区网
不同规模的 ISP 骨干网之间通过互联网交换点（IXP, Internet eXchange Point）连接交换数据，相互连接的 ISP 彼此是对等的（Peer），最顶级的 ISP 称之为 1 级 ISP。
- 公用网，即电信公司建造的大型网络
中国电信互联网 CHINANET
中国联通互联网 UNINET
中国移动互联网 CMNET
中国教育和科研计算机网 CERNET
中国科学技术网 CSTNNET
- 专用网，为满足某个部门或机构而建造的专用网络，比如军队、铁路、银行、电力等
- 星际互联网（Interplanetary Internet）：跨越太空把网络连接起来
Centralized(集中式), Decentralized(去中心化式), Distributed(分布式)
1994 亚马逊
1995 雅虎
1996 搜狐
1997 网易
1998 新浪、腾讯
1999 阿里巴巴
2000 百度
2004 Facebook
2005 YouTube
广域网¶
WAN, Wide Area Network
通常为跨地区或者国家通信，比如某公司分布式办公，不同地区的主机间通过路由器和通信线路通信，组成通信子网
网络服务由互联网服务提供商（ISP, Internet Service Provider）运营
大 ISP 自己建造通信线路，小 ISP 则向电信公司租用通信线路
主机必须有IP才能上网，机构和个人向某个ISP交纳规定的费用，即可从该ISP获取所需IP地址的使用权，便可通过该ISP提供的子网接入到互联网
蜂窝/移动网络（Cellular / Mobile Network）是采用了无线技术的广域网
- 2G
GSM 全球移动通信系统
GPRS 通用数据包无线业务 - 3G
UMTS 通用移动通信系统：WCDMA（宽带码分多址）、CDMA（码分多址）
HSPA - 4G: LTE、LTE-A
- 5G: NR
接入点为基站，基站间通过有线的骨干网连接在一起
城域网¶
MAN, Metropolitan Area Network
局域网¶
- 有线局域网
LAN, Local Area Network，一般讨论局域网时，通常就是指以太网
淘汰的：令牌环、FDDI、ARCNET
现在的：基于 IEEE 802.3 标准的以太网(Ethernet)
总线型拓扑，主要用于早期传统以太网
所有节点通过一条主干线直接连接，数据在主干线上传输，故障诊断困难，主干线故障会导致整个网络瘫痪
不能同时发送和接收，属于半双工通信，使用 CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）来控制
星型拓扑，主要用于现在快速以太网（100Mbps 以上）
所有节点通过独立的连接线连接到一个中央节点（如交换机或集线器）
如果中央节点是集线器，逻辑上仍是总线网，各主机中的适配器依然使用 CSMA/CD 协议来竞争对传输媒介的控制
如果中央节点是交换机，则变为全双工通信，不需要 CSMA/CD
网状拓扑，通常用于家庭网络、无线网络
每个节点都与网络中的其他节点直接连接，不仅可以作为客户端设备的接入点，还可以中继数据，确保全网的连接和通信
高可靠性和冗余，故障节点不会影响整个网络
- 虚拟局域网
可以将物理局域网进行逻辑分组，即虚拟局域网（VLAN, Virtual LAN）
VLAN 是局域网给用户提供的一种服务，由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，相同 VLAN 上的主机可以收到彼此的广播信息
- 无线局域网 WLAN(Wireless ~)
基于 IEEE 802.11 标准的 Wi-Fi
使用 CSMA/CA（载波监听多点接入/碰撞避免）协议，可选择与 RTS/CTS 协议搭配使用
无线设备通过无线路由器等接入点连接到有线网络
- 存储网 SAN(Storage Area Network)，通常专用于服务器访问数据存储设备
个域网¶
PAN, Persinal Area Network
个人的电子设备间连接起来的网络，通常采用无线技术，所以也叫 WPAN（Wireless ～）
- 蓝牙
- USB
- 红外
- NFC
体域网¶
BAN, Body Area Network
主要指无线传感器网络
无线射频识别(RFID，Radio Frequency IDentification)技术则可以让日常物品也成为计算机网络的一部分
网络访问范围¶
明网¶
可以在正常浏览器搜索引擎搜到的网站
深网¶
如局域网或公司内网，需要先登录和身份验证才能访问
暗网¶
暗网中的网站和网页通过搜索引擎无法直接找到，即使知道暗网网站，普通的浏览器也无法浏览。
暗网的网址通常以 .onion 后缀结尾，.onion 不是顶级域名，但它是暗网里是唯一且通用的顶级后缀
访问暗网的浏览器
- PC 端：Tor
- 移动端：Orbot
- 搜索引擎：DuckDuckGo 暗网版
网络分层¶
阿帕网使用网络控制协议（Network Control Protocol, NCP）来连接不同的计算机进行通信，1974 年 NCP 的两位开发者发表了以分组、序列化、流量控制、超时和容错等为核心的一种新型网络互联协议套件（IPS）于 1983 年正式取代 NCP，即后来的 TCP/IP 协议簇。
在 TCP/IP 协议的基础之上，1984 年 ISO 又推出了开放式系统互联模型：OSI(Open System Interconnection)。
OSI 总共分为七层，每一层明确了编号，描述的网络更加完整。
但无论 TCP/IP 还是 OSI 都只是参考模型，并不是标准，无论是四层、五层、还是七层，本质都是一样的。
L7 应用层¶
提供网络服务的接口，直接与用户应用程序交互
HTTP：用于Web服务的半双工传输协议
WebSocket：用于Web服务的全双工传输协议
FTP：用于文件传输
SMTP：用于电子邮件传输
DNS：将域名解析为IP地址
POP3/IMAP：用于电子邮件的接收
SSH：用于安全的远程登录
Telnet：用于远程控制协议，但安全性较差
L6 表示层¶
负责数据的格式化、加密和解密，提供数据表示的独立性
SSL/TLS：提供数据加密和安全通信
JPEG、GIF：用于图像数据的格式化和压缩
MIME：用于邮件附件的格式化
ASCII、EBCDIC：用于文本数据的编码格式
L5 会话层¶
不同机器上的用户之间建立及管理会话：RPC、SQL、NFS
NetBIOS：用于会话层连接和数据传输的API
RPC：允许程序在网络上的另一台计算机上执行代码
PPTP：用于虚拟专用网（VPN）的协议
L4 传输层¶
屏蔽有无连接的差异，面向进程：TCP、UDP、SPX
TCP：提供可靠的、面向连接的数据传输
UDP：提供无连接的、不可靠的数据传输，适用于实时应用
SCTP：用于多流的数据传输，提供更高级的传输控制
L3 网络层¶
IP、ARP
IP：IPv4 和 IPv6，负责数据包的寻址和路由
ICMP：用于传输控制消息，如ping命令
ARP：将IP地址转换为MAC地址
NAT：转换私有IP地址和公共IP地址
OSPF：一种链路状态路由协议
BGP：一种自治系统间的路由协议
L2 数据链路层¶
链路(link)：从一个结点到相邻结点的一段物理路线（有线或无线）
数据链路(data link)，也叫逻辑链路：链路 + 网络适配器（网卡）
数据链路层需要处理的问题
信息打包，需要将物理层传来的比特流转为帧
差错控制，受噪声干扰物理层传输可能会出现误码率（BER, Bit Error Rate），即在一段时间内，`BER = 传输错误的比特 / 所传输的比特总数`，传输错误的比特指 1 变为了 0，或 0 变为了 1，数据链路层通常使用循环冗余检验（CRC, Cyclic Redundancy Check）等检错技术，无线信道中通常可能需要纠错算法来检错的同时还能纠错
流量控制，信道两端处理信息的速度可能不同，需要某种机制来协调
信道多路复用，需要 MAC 协议控制
涉及协议
Ethernet：IEEE 802.3，管理 MAC 地址及以太网帧的传输
Wi-Fi：IEEE 802.11，管理无线数据帧传输和MAC地址
PPP：用于点对点链路的链路层协议
帧中继：用于广域网连接的数据链路层协议
HDLC：一种同步数据链路层协议，用于点对点和多点链路
L1 物理层¶
物理层的主要任务就是确定与传输媒介的接口有关的一些特性，如机械特性、电气特性、功能特性和过程特性
以太网：IEEE 802.3 标准，规定了有线网络的物理传输方式
无线局域网：IEEE 802.11 标准，定义了无线网络的物理层和数据链路层
USB：用于短距离设备连接的标准
光纤通信标准：如 SONET/SDH，用于长距离高速光纤传输
标准¶
类型¶
- 草案
- 建议标准
- 事实标准
- 法定标准
征求意见稿（RFCs）：互联网的设计文档
组织¶
- W3C（World Wide Web Consortium）万维网联盟，属于行业联盟，负责开发和给出促进 Web 长期增长的指导意见
- ISO（ISO，International Standards Organization）国际标准化组织，非条约性质的组织，总部位于瑞士日内瓦，成员包括 162 个会员国。
- IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）电气和电子工程师协会，世界上最大的专业组织
- ICANN：互联网名称与数字地址分配机构，负责管理域名和IP地址的分配
- IAB（Internet Architecture Board）互联网体系结构委员会，标准制定流程：首先在请求注释(RFC，Request For Comments)中描述整个思想，只有少数可以从互联网草案变为建议标准，最后变为互联网标准
- IRTF（Internet Research Task Force）互联网研究任务组，专注长期的研究
- IETF（Internet Engineering Task Force）互联网工程任务组，专注短期的工程事项
- ITU（International Telecommunication Union）国际电信联盟，联合国机构
- ITU-T 电信标准化部门
- ITU-R 无线电通信部门
- ITU-D 发展部门