写在最前面欢迎回来嘿小朋友又见面啦之前我们一起学过应用层和传输层我们知道了微信打包消息后会给数据加上端口号告诉它要送到哪个程序。但是现在有一个超级超级关键的问题你在北京家里妈妈在上海工作。你发的消息怎么从北京飞到上海呢中间要经过多少个地方走哪条路最快怎么不会迷路今天我们就要认识一个超级重要的层——网络层它就像一个超级聪明的导航员专门负责给数据找路让数据能从你的手机穿越千山万水准确地送到妈妈的手机听到网络层这个词你可能会想哇听起来好复杂别担心其实超级简单讲完后你会发现“哇原来网络层是这样工作的太神奇了”准备好了吗让我们一起出发第一章先来想想一个有趣的问题在讲网络层之前让我先问你一个超级有趣的问题你怎么从家里去爷爷奶奶家想象一下这个场景你住在北京爷爷奶奶住在上海。你今天要去看望他们怎么去呢你会想先出门下楼然后走到公交站坐公交车到火车站再坐高铁到上海到了上海后坐地铁最后走到爷爷奶奶家门口你看这个过程经过了好多地方每一站都要有人告诉你下一步去哪火车站的工作人员告诉你哪个站台地铁站的指示牌告诉你哪个出口这些指路人就是导航数据也需要找路数据从你的手机发出去要到妈妈的手机它也要走很远很远可能要经过你家的WiFi 路由器小区的网络设备城市的大型路由器跨省的网络主干线上海的网络设备妈妈公司的WiFi 路由器最后到达妈妈的手机中间可能要经过几十个设备每一步都要有人指路告诉数据“下一步去哪里”这个给数据指路的工作就是网络层做的是不是一下子就明白了第二章什么是网络层让我们正式认识一下网络层网络层在哪里记得我们说过网络有很多层吗就像千层蛋糕网络层的位置是这样的应用层最上面微信、浏览器等传输层贴端口号网络层中间今天要讲的链路层物理层最下面网络层在传输层下面链路层上面它是网络通信中超级关键的一层网络层做什么网络层的主要工作有三件第一件给数据加上 IP 地址告诉数据从哪里来、到哪里去第二件为数据找路径决定走哪条路第三件在不同的网络之间转发数据让数据能跨越很多网络简单说网络层就是**“导航员”它带着数据找路**让数据找到回家的路第三章什么是 IP 地址要理解网络层必须先认识一个超级重要的概念IP 地址IP 地址是什么IP 地址电脑在网络上的门牌号就像你家有家庭住址比如北京市朝阳区幸福小区 5 号楼 102 室。每一台连入网络的电脑、手机、平板都有自己的 IP 地址IP 地址长什么样最常见的 IP 地址长得像这样192.168.1.1四个数字用点分开每个数字范围是0 到 255再举几个例子8.8.8.8谷歌的 DNS 服务器220.181.38.148百度的某台服务器127.0.0.1电脑自己特殊地址这种 IP 地址叫做IPv4是最常用的还有一种新的 IP现在还有一种更新的 IP 地址叫做IPv6它长得是这样的2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334是不是超级长为什么要发明 IPv6因为 IPv4 的地址用完了全世界 IPv4 地址只有大约43 亿个但是现在手机、电脑、智能家电太多了43 亿不够用所以发明了 IPv6IPv6 的地址有多到数不清据说够给地球上每一粒沙子都分配一个不过今天我们主要讲 IPv4简单又好理解第四章IP 地址的分类IP 地址也是有分类的让我们看看公网 IP 和私网 IPIP 地址主要分为两大类公网 IP在整个互联网上独一无二的地址就像你家在全国的地址全世界只有一个比如百度的 IP全世界都能访问私网 IP只在小范围内使用就像你在家里的房间号只在自己家有意义常见的私网 IP 范围私网 IP 有特定的范围比如192.168.x.x家庭和小公司最常用10.x.x.x大公司常用172.16.x.x ~ 172.31.x.x中等规模网络如果你看自己家的 WiFi电脑的 IP 一般是192.168.1.x这就是私网 IP一个生动的比喻让我用一个比喻整个互联网就像全国每个家庭就像一个小区你家小区在全国的地址北京朝阳区幸福大厦公网 IP你家在小区里的门牌3 号楼 502 室私网 IP外面的人找你要先到幸福大厦再到3 号楼 502 室是不是很清晰第五章路由器和路由讲完了 IP 地址让我们认识一个超级重要的设备路由器路由器是什么路由器网络的导航员你家肯定有一个WiFi 路由器吧那个小小的方盒子带着天线它就是路由器路由器的工作就是接收数据看 IP 地址决定送到哪里路由器怎么工作让我用一个生动的故事来讲想象一个超级大的快递分拣中心每天几百万个包裹飞到这里工作人员路由器拿起一个包裹看上面的地址“哦这个是去上海的放到去上海的传送带”“这个是去广州的放到去广州的传送带”“这个是去本市的直接送到收件人”包裹源源不断地分拣送往全国各地路由器也是这样工作它接收数据包看目标 IP决定下一步送到哪里路由表路由器有一个超级重要的小本本叫做路由表路由表上写着如果要去8.8.8.8→ 走这条路如果要去220.181.38.148→ 走那条路如果要去本地网络→ 直接送路由器根据这个小本本决定数据怎么走路由表怎么来的路由表是自动生成的路由器之间会互相通信告诉对方“我能到达哪些地方” 然后汇总信息形成完整的路由表这个过程超级聪明整个互联网的路由器都在互相学习第六章数据是怎么找路的让我们看看一个完整的找路过程场景你访问百度你在浏览器输入www.baidu.com按下回车数据要从你家飞到百度服务器让我们看看它是怎么走的第一步离开你的电脑数据从你的电脑发出通过网线或 WiFi到达你家的路由器第二步你家路由器你家路由器看一眼数据的目标 IP百度的 IP它想“这个 IP 不是我管的得送出去” 把数据送给小区的网络设备第三步小区网络设备小区的设备又看一眼目标 IP想“这个不是本小区的得送给城市级别的路由器”转发出去第四步城市级别路由器城市的大型路由器看到 IP想“这是去外省的走这条主干线”送到全国主干网第五步全国主干网数据在主干网上飞速传输经过好几个大型路由器每个路由器都判断方向第六步到达目的地城市数据到达百度服务器所在的城市反过来一层一层往下走城市路由器 → 机房网络机房网络 → 百度服务器机房百度服务器机房 →百度服务器第七步百度收到了百度服务器收到你的请求开始处理返回网页内容返回的数据按同样的方式飞回你的电脑整个过程只需要几十毫秒数据经过了十几个路由器每个路由器都默默指路让数据找到了家是不是超级神奇第七章路由的有趣故事让我们用一个有趣的故事来记住网络层故事快递大冒险很久很久以前在数字王国里住着一个勤劳的小邮包它的名字叫**“小数据”**有一天小数据要从北京送到上海它超级紧张“哇路这么远我怎么走啊”第一个导航员小数据找到了第一个导航员这个导航员是家用路由器它看了看小数据的地址“哦你要去上海啊你不属于我们家我把你送到小区的中转站”小数据被送到了小区中转站第二个导航员小区的中转站也是一个导航员它看了看地址“上海啊我送你去城市的大型分拣中心”小数据被送到了城市分拣中心第三个导航员城市分拣中心超级大里面有好多导航员主管导航员说“去上海的包裹这边走走京沪光纤速度最快”小数据被放到了京沪光纤上嗖一下就飞起来了飞速旅行小数据在光纤里飞速旅行经过了天津的路由器济南的路由器南京的路由器……每个路由器都问一下目标地址送往下一站到达上海终于小数据到达了上海的分拣中心上海的导航员说“哦欢迎来到上海你要去浦东我送你过去”小数据被送到了浦东再经过小区路由器、家庭路由器终于到达了目的地完成任务收件人收到了小数据小数据累得气喘吁吁“哇路上有这么多导航员多亏了它们我才没有迷路”这就是网络层的故事每一个数据包都有无数导航员路由器帮忙让它找到回家的路第八章网络层的几个重要概念让我们认识一些网络层的重要概念概念一跳数数据每经过一个路由器就叫一跳从你家到百度可能要10 跳、20 跳每一跳都是一个路由器的指路跳数越少越好跳数少速度快延迟低概念二TTLTTL的全名是Time To Live生存时间每个数据包都有一个 TTL比如设置为64每经过一个路由器TTL减 1如果 TTL变成 0数据包就被丢弃为什么因为避免数据包永远在网络里转如果有数据包找不到路它会一直转一直转浪费网络资源TTL 就是保险机制概念三MTUMTU是最大传输单元每段网络能传输的最大数据包大小是有限的比如1500 字节如果数据包太大就要拆成小包这就叫分片到达目的地后再拼起来像拼图一样概念四默认网关默认网关你家的出口如果数据要送到外面默认走的路通常就是你家的路由器比如192.168.1.1设置好默认网关电脑才知道怎么访问外网第九章网络层和其他层的关系让我们看看网络层和其他层是怎么配合的网络层 vs 传输层传输层关心“送到哪个程序”端口号网络层关心“送到哪台电脑”IP 地址是不是分工明确可以这样理解网络层 送到正确的房子传输层 送到房子里正确的房间两者结合数据才能精准送达网络层 vs 链路层网络层关心“整条路怎么走”全程导航链路层关心“每一段怎么走”局部传输可以这样理解网络层总规划师规划整条路线链路层具体的执行者实际开车送两者结合数据才能一步步前进一个完整的协作让我们看一个完整的例子你发你好给妈妈应用层微信打包你好传输层加端口号送给微信程序网络层加 IP 地址送到妈妈手机链路层通过 WiFi 一段段传输物理层变成电信号每一层各司其职完美合作第十章网络层的难题和解决方案网络层也面临一些难题让我们看看难题一路径太多怎么选从你家到百度可能有 100 条路选哪条解决方案路由器会选**最优的路**什么是最优可能是最短的路跳数最少最快的路延迟最低最便宜的路费用最少不同情况选择不同难题二网络拥堵怎么办如果某条路堵车了怎么办解决方案自动绕路路由器实时监测网络状况如果一条路堵了自动选另一条像导航软件一样聪明难题三路由器坏了怎么办如果一个路由器坏了呢解决方案自动找替代路径互联网设计得超级健壮一个路由器坏了数据自动绕过它通过别的路径继续传输这就是为什么互联网很难被瘫痪它到处都是备用路径难题四IP 地址不够怎么办前面说过 IPv4 地址不够用了解决方案NAT 技术让多人共用一个公网 IPIPv6使用全新的地址系统这样问题就解决了第十一章让我们回顾一下网络层到底是做什么的我们用一句话总结网络层就是给数据找路的神奇导航员它通过 IP 地址和路由器让数据能从你的手机出发穿越千山万水准确地送到对方的手机网络层的核心工作加 IP 地址告诉数据从哪到哪找路径决定数据怎么走跨网络转发让数据能跨越不同网络关键概念IP 地址电脑在网络上的门牌号IPv4192.168.1.1 这种格式IPv6更新更长的地址公网 IP全球唯一的地址私网 IP局部使用的地址路由器网络的导航员路由表路由器的导航地图跳数经过路由器的次数TTL数据包的生存时间网络层和其他层传输层送到哪个程序端口️网络层送到哪台电脑IP链路层每一段怎么传第十二章今天的智慧亲爱的小朋友让我们一起总结一下今天学到的智慧智慧一找路需要导航数据不会自己找路需要路由器导航这告诉我们做事需要规划想去哪里先想清楚怎么去有计划才不会迷路智慧二每一步都重要数据从你家到目的地经过好多路由器每一步都不能少这告诉我们做事要一步一步来踏实走每一步不要急于求成智慧三备用方案很重要互联网到处都有备用路径这告诉我们做事要有备用方案万一遇到困难还有别的办法不要把鸡蛋放在一个篮子里智慧四协作让一切高效网络层和其他层完美配合每层做自己的事这告诉我们学会合作每个人做自己擅长的整体才能发挥最大威力智慧五智能让世界更好路由器自动找最优路径自动绕开拥堵自动避开故障这告诉我们学会用聪明的方法不要死板根据情况灵活调整最后的话亲爱的小朋友下次当你打开浏览器看动画片用微信和远方的朋友聊天玩需要联网的游戏看在线视频……请记得每一个数据包都在经历着伟大的旅行它们从你的手机出发经过你家的路由器经过小区的设备经过城市的网络经过省级的主干网甚至经过国际海底光缆经过几十个路由器的指路最终到达对方的手机整个过程只需要几十毫秒比眨眼还快这背后是无数路由器在默默指路是网络层在完美调度“网络层是数字世界的’导航大师’它让每一个数据包都能找到回家的路。”️“路由器是网络的’指路人’它们用智慧连接了整个世界。”“理解了网络层你就理解了’信息如何跨越千山万水’。”✨那条让你能访问世界各地网站的网络那个让你能和远方亲人视频的应用那个让你能玩跨国游戏的服务。它们都依靠网络层这个伟大的导航系统都是让信息畅通无阻这个伟大梦想的完美实现。下次当你点击一个链接时请想想你的请求正在被无数路由器接力传递它将穿越城市、跨越省份、甚至穿过海洋最终到达地球另一端的服务器这就是网络层的魔法✨“在数字世界里网络层是无声的导航员。”“它让每一份数据都能跨越万水千山找到自己的归宿。”恭喜你又毕业了 下次再见时我们一起去探索更多有趣的网络秘密️✨