网络是怎样联通的-整体架构

本文摘自《网络是怎样连接的》一书
网络的全貌 让我们先来看一下浏览器访问 Web 服务器这一过程的全貌。
访问 Web 服务器并显示网页这一过程包含了浏 览器和 Web 服务器之间的一系列交互，主要是下面这样的交互。
(1) 浏览器：“请给我 ××× 网页的数据。”
(2) Web 服务器：“好的，这就是你要的数据。”
在这一系列交互完成后，浏览器就会将从 Web 服务器接收到的数据显示在屏幕上。虽然显示网页这个过程 非常复杂，但浏览器和服务器之间通过网络进行的交互却出乎意料地简单。
虽然我们看到的很简单，但是在内部还有分为几个部分，如下图所示

1，Web浏览器

我们将首先探索浏览器的工作方式。大家可以认为我们的探索之旅是从在浏览器中输入网址（URL）开始 的。例如，当我们输入下面这样的网址时，浏览器就会按照一定的规则去分析这个网址的含义，然后根据其 含义生成请求消息。
http://www.lab.glasscom.com/sample1.html
在上面这个例子中，浏览器生成的请求消息表示“请给我 sample1.html 这一文件中储存的网页数据”，接着浏 览器会将请求消息发送给 Web 服务器。 当然，浏览器并不会亲自负责数据的传送。传送消息是搬运数字信息的机制负责的工作，因此浏览器会委托 它将数据发送出去。具体来说，就是委托操作系统中的网络控制软件将消息发送给服务器。

2 ，协议栈、网卡

我们将探索搬运数据的机制。其中最先出场的是协议栈（网络控制软件叫作协议栈）。这个软件会**将 从浏览器接收到的消息打包，然后加上目的地址等控制信息。**如果拿邮局来比喻，就是把信装进信封，然后 在信封上写上收信人的地址。这个软件还有其他一些功能，例如当发生通信错误时重新发送包，或者调节数 据发送的速率等，或许我们可以把它当作一位帮我们寄信的小秘书。 接下来，协议栈会将包交给网卡（负责以太网或无线网络通信的硬件）。然后，网卡会将包转换为电信号并 通过网线发送出去。这样一来，包就进入到网络之中了。

3， 集线器、交换机、路由器

接下来出场的物品会根据接入互联网的形式不同而不同。客户端计算机可以通过家庭或公司的局域网接入互联网，也可以单独直接接入互联网。 很遗憾，我们的探索之旅无法涵盖所有这些可能性，因此只能以现在最 典型的场景为例，假设客户端计算机是连接到家庭或公司的局域网中，然后再通过 ADSL 和光纤到户 （FTTH）等宽带线路接入互联网。 在这样的场景中，网卡发送的包会经过交换机等设备，到达用来接入互联网的路由器。路由器的后面就是互 联网，网络运营商会负责将包送到目的地，就好像我们把信投到邮筒中之后，邮递员会负责把信送给收件人 一样。

4 ，接入网、网络运营商

接下来，数据从用来接入互联网的路由器出发，进入了互联网的内部。 互联网的入口线路称为接入网。一般 来说，我们可以用电话线、ISDN、 ADSL、有线电视、光线、专线等多种通信线路来接入互联网，这些通 信线路统称为接入网。接入网连接到签约的网络运营商，并接入被称为接入点（Point of Presence，PoP）的 设备。 接入点的实体是一台专为运营商设计的路由器，我们可以把它理解为离你家最近的邮局。从各个邮筒中收集 来的信件会在邮局进行分拣，然后被送往全国甚至全世界，互联网也是一样，网络包首先通过接入网被发送 到接入点，然后再从这里被发送到全国甚至全世界。接入点的后面就是互联网的骨干部分了。 在骨干网中存在很多运营商和大量的路由器，这些路由器相互连接，组成一张巨大的网，而我们的网络包就 在其中经过若干路由器的接力，最终被发送到目标 Web 服务器上。其实它的基本原理和家庭、公司中的路由器是相同的。也就是说，无论是在互联网中，还是在家庭、 公司的局域网中，包都是以相同的方式传输的，这也是互联网的一大特征。 不过，运营商使用的路由器可跟我们家用的小型路由器不一样，它是一种可以连接几十根网线的高速大型路 由器。在互联网的骨干部分，存在着大量的这种路由器，它们之间以复杂的形式连接起来，而网络包就在这 些路由器之间穿行。 此外，路由器不但在规模上存在差异，在路由器间的连接方式上也存在差异。家庭和公司局域网中一般采用 以太网线进行连接，而互联网中除了以太网线连接之外，还会使用比较古老的电话技术和最新的光通信技术 来传送网络包。这一部分所使用的技术是当今网络中最热门的部分，可以说是最尖端技术的结晶。

5 ， 防火墙、缓存服务器

通过骨干网之后，网络包最终到达了 Web 服务器所在的局域网中。接着，它会遇到防火墙，**防火墙会对进 入的包进行检查。**大家可以把防火墙想象成门口的保安，他会检查所有进入的包，看看有没有危险的包混在 里面。检查完之后，网络包接下来可能还会遇到缓存服务器。网页数据中有一部分是可以重复利用的，这些 可以重复利用的数据就被保存在缓存服务器中。如果要访问的网页数据正好在缓存服务器中能够找到，那么 就可以不用劳烦 Web 服务器，直接从缓存服务器读出数据。 此外，在大型网站中，可能还会配备将消息分 布到多台 Web 服务器上的负载均衡器，还有可能会使用通过分布在整个互联网中的缓存服务器来分发内容 的服务。经过这些机制之后，网络包才会到达 Web 服务器

6 ， Web服务器

当网络包到达 Web 服务器后，数据会被解包并还原为原始的请求消息，然后交给 Web 服务器程序。 和客户 端一样，这个操作也是由操作系统中的协议栈（网络控制软件）来完成的**。接下来，Web 服务器程序分析 请求消息的含义，并按照其中的指示将数据装入响应消息中，然后发回给客户端。 响应消息回到客户端的过 程和之前我们介绍的过程正好相反。 当响应到达客户端之后，浏览器会从中读取出网页的数据并在屏幕上显示出来。到这里，访问 Web 服务器 的一系列操作就全部完成了，我们的探索之旅也到达了终点。