2020 年春節(jié)，新型冠狀病毒肺炎肆虐中國。雖然面對的困難很多，但相比于 2002 年 SARS 病毒席卷而來的時候，政府和人民顯然應(yīng)對得更加及時。在缺乏有效治療手段的艱難時期，信息的高效傳遞成為對抗病毒的有力武器。

這都要感謝移動互聯(lián)網(wǎng)的普及和互聯(lián)網(wǎng)的誕生。互聯(lián)網(wǎng)究竟如何傳遞信息?當(dāng)你在微信里打開一篇文章，在你看不見的地方究竟發(fā)生了什么?

這是一篇《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程的先導(dǎo)入門文章，也是一篇科普文，考試必考，請同學(xué)們做好筆記。

打開一篇微信文章，你會進(jìn)入到微信內(nèi)置的瀏覽器，大約兩秒鐘后，當(dāng)前肺炎的實時數(shù)據(jù)頁面呈現(xiàn)在你面前。其實你輸入到瀏覽器里的是一個網(wǎng)址，比如下面這個騰訊新聞肺炎數(shù)據(jù)的網(wǎng)址：

https://view.inews.qq.com/g2/getOnsInfo?name=disease_h5&_=5774620

一、從網(wǎng)址到 IP

這是一個 URL(Uniform Resource Locator)，統(tǒng)一資源占位符，最初由蒂姆 • 伯納斯 • 李提出，用于指定網(wǎng)頁(或者其他資源)所在地址。它就像是信息在網(wǎng)絡(luò)上的門牌。

其中 https 是協(xié)議類型，view.inews.qq.com 是服務(wù)器地址，/g2/getOnsInfo 是路徑，name=disease_h5 和 _=5774620 為兩個查詢，查詢之間用 & 隔開，查詢與路徑之間用 ? 隔開。在服務(wù)器地址和路徑中間還可以加入 :[端口號] 用于指定去往服務(wù)器的特定端口。

這個 URL 是如何從你的手機(jī)出發(fā)，獲取地球某處的一個服務(wù)器的信息呢?

首先，瀏覽器會將域名，也就是上文所說的服務(wù)器地址 view.inews.qq.com 發(fā)送給 DNS 服務(wù)器，無論你的域名長成什么樣子，比如ᗣ.com、卐.com、☺.com、t.tt、wufazhuce.com，最終都會被 DNS 服務(wù)器解析成一個被點(diǎn)分隔為四個部分，每個部分 8 個 bit，總共 32 位的數(shù)字組合，這串?dāng)?shù)字就是 IP 地址。

當(dāng)然，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上那么多電子設(shè)備，這種 IP 地址早就不夠用了，所以你還能見到其他諸如 IPv6 的地址。

二、信息的封裝和傳輸

獲取了地址后，你的手機(jī)會先和服務(wù)器打個招呼。

張總的手機(jī)：您好，我是張總的手機(jī)。

騰訊的服務(wù)器：您好張總的手機(jī)，我是騰訊的服務(wù)器。

張總的手機(jī)：您好騰訊的服務(wù)器。

這被稱作是 TCP 協(xié)議的三次握手，因為 HTTP 協(xié)議是基于 TCP 協(xié)議的，也就是說在上層的 HTTP 協(xié)議封裝了請求后一定會經(jīng)過下層的 TCP 協(xié)議，因此要先握手，建立 TCP 連接。

那么問題來了，TCP 協(xié)議是如何定位到目標(biāo)服務(wù)器的?

TCP 協(xié)議處于傳輸層，它并不會定位目標(biāo)服務(wù)器，自己做不了，就把事情丟給自己的下一層網(wǎng)絡(luò)層去做，當(dāng)然 TCP 協(xié)議是要傳輸一些信息的，比如記錄下客戶端的端口號和服務(wù)器的端口號。

到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層，IP 協(xié)議會記錄上層是 TCP 協(xié)議以及版本號等信息，最重要是存放源(設(shè)備) IP 地址和目標(biāo)(服務(wù)器) IP 地址。這時你的手機(jī)會判斷這個目標(biāo) IP 地址和當(dāng)前機(jī)器的 IP 地址是否在同一個網(wǎng)段(是不是本地人)。

顯然，你想訪問的頁面不在本地，而是存放在世界上的某個角落。你需要把這些信息發(fā)給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)就類似于你所在的局域網(wǎng)的海關(guān)，出了海關(guān)才能去往遠(yuǎn)方。

網(wǎng)關(guān)在哪?如果不經(jīng)過 MAC 層信息就會迷路。在 MAC 層，通過 ARP 協(xié)議可以獲取網(wǎng)關(guān)的 MAC 地址。將源 MAC 和網(wǎng)關(guān) MAC 放入 MAC 頭，再加入一些其他信息，就可以發(fā)送給網(wǎng)關(guān)了。

路由器(俗稱貓)，被叫做網(wǎng)關(guān)，雖然并不準(zhǔn)確，但不妨先這樣理解。

網(wǎng)關(guān)會先把 MAC 頭取下來，發(fā)現(xiàn) MAC 符合，是發(fā)送給自己的，接著取出 IP 頭，這里存儲著目標(biāo)服務(wù)器的 IP 地址，網(wǎng)關(guān)自己存儲著一個轉(zhuǎn)發(fā)信息庫，被稱作路由表，通過目標(biāo) IP 地址查詢路由表決定該把信息發(fā)向何處，即下一個路由的 IP 地址。路由器再發(fā)送 ARP 獲取這個 IP 地址的 MAC 地址。

知道了下一關(guān)的 MAC 地址，就可以轉(zhuǎn)發(fā)給下一個路由了，再轉(zhuǎn)發(fā)之前，MAC 層的目標(biāo) MAC 地址會更新成下一站的地址，方便校驗。

就這樣，一個請求會被分割成多個小塊，每個小塊都一跳一跳最終到達(dá)目標(biāo)服務(wù)器，再以同樣的方式將響應(yīng)傳回來。

三、分層的意義

你可能會奇怪：傳個頁面為什么要搞這么復(fù)雜?設(shè)置這么多層和協(xié)議的意義是什么?

可以說，分層既是個人的努力，也要考慮歷史的進(jìn)程。

個人的努力方面：鏈路層(MAC 層)用來處理連接網(wǎng)絡(luò)的硬件部分;網(wǎng)絡(luò)層(IP 協(xié)議屬于網(wǎng)絡(luò)層)用來處理在網(wǎng)絡(luò)上流動的數(shù)據(jù)包，規(guī)定了通過怎樣的路徑(所謂的傳輸路線)到達(dá)目標(biāo)計算機(jī);TCP 位于傳輸層，提供可靠的字節(jié)流服務(wù);最上層即應(yīng)用層，包括 HTTP, HTTPS, DNS 等協(xié)議，直接面向用戶提供服務(wù)。

從歷史的進(jìn)程來看，為復(fù)雜的流程分層是必然的：既可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性，也讓每一層的設(shè)計變得相對簡單了。

當(dāng)你打開一個頁面時，在你看不見的地方，無數(shù)技術(shù)協(xié)議都在為確保信息及時送達(dá)、確保信息準(zhǔn)確做出各種努力。在災(zāi)難面前，信息讓溝通更及時，讓專家的建議更快速地傳達(dá)。這是開發(fā)者們經(jīng)年累月付出的結(jié)果，每一個程序員都應(yīng)該善待技術(shù)，合理應(yīng)用技術(shù)，在面對挑戰(zhàn)的時候才能更有信心和勇氣。

疫情當(dāng)前，力扣再次提醒大家做好防護(hù)，我們一起努力用科技改變世界，戰(zhàn)勝困難。