【前端学习】网络是如何工作的

互联网是一组通过标准化协议相互连接的全球计算机网络,它们通过这些协议进行通信。

网络是如何工作的

作为开发者,了解互联网是什么以及它是如何运作的是至关重要的。这是大多数现代软件应用程序构建的基础。为了构建有效、安全和可扩展的应用程序和服务,您需要深入了解互联网的工作原理,以及如何利用其强大的能力和连接性。

在本文中,我们将介绍互联网的基础知识,包括它是什么以及它是如何运作的,一些基本概念、术语,以及一些在互联网上构建应用程序和服务时常用的协议。

网络简介

在学习互联网是什么之前,我们需要了解什么是网络。网络是一组相互连接的计算机或其他设备。例如,你在家里可能有一组计算机和设备构成的网络。你住在隔壁的朋友可能有一个类似的设备网络。他们的邻居可能也有一个类似的设备网络。当所有这些网络连接在一起时,就形成了互联网。

互联网是网络的集合。

互联网在20世纪60年代末由美国国防部开发,旨在创建一个分散的通信网络,能够抵御核攻击。多年来,它演变成一个横跨全球的复杂而精密的网络。

如今,互联网已经成为现代生活中不可或缺的一部分,全球数十亿人使用它来获取信息、与朋友和家人交流、进行业务等等。作为开发者,深刻理解互联网的工作原理以及支持它的各种技术和协议是至关重要的。

概述

在高层次上,互联网通过使用一套标准化的协议将设备和计算机系统连接在一起。这些协议定义了设备之间如何交换信息,并确保数据可靠且安全地传输。

互联网的核心是一个全球互连的路由器网络,负责在不同设备和系统之间引导流量。当您通过互联网发送数据时,它被分解为小数据包,从您的设备发送到一个路由器。路由器检查数据包并将其转发到路径中的下一个路由器,这个过程一直持续,直到数据包到达最终目的地。

为了确保数据包被正确发送和接收,互联网使用了各种协议,包括互联网协议(IP)和传输控制协议(TCP)。IP负责将数据包路由到其正确的目的地,而TCP确保数据包可靠且按正确的顺序传输。

除了这些核心协议之外,还有许多其他技术和协议用于在互联网上实现通信和数据交换,包括域名系统(DNS)、超文本传输协议(HTTP)以及安全套接层/传输层安全性协议(SSL/TLS)。作为开发者,深刻理解这些不同的技术和协议如何共同工作,以实现互联网上的通信和数据交换是非常重要的。

基本概念与术语

为了理解互联网,熟悉一些基本概念和术语是很重要的。以下是一些关键术语和概念:

  1. Packet(数据包): 互联网上传输的小数据单位。
  2. Router(路由器): 在不同网络之间传递数据包的设备。
  3. IP Address(IP地址): 分配给网络上每个设备的唯一标识符,用于将数据路由到正确的目的地。
  4. Domain Name(域名): 用于标识网站的人类可读名称,例如google.com。
  5. DNS(域名系统): 负责将域名转换为IP地址。
  6. HTTP(超文本传输协议): 用于在客户端(如网页浏览器)和服务器(如网站)之间传输数据。
  7. HTTPS(安全超文本传输协议): HTTP的加密版本,用于在客户端和服务器之间提供安全通信。
  8. SSL/TLS(安全套接层/传输层安全性协议): 用于在互联网上提供安全通信的协议。

理解这些基本概念和术语对于处理互联网以及开发基于互联网的应用程序和服务是至关重要的。

互联网中协议的作用

协议在实现互联网上的通信和数据交换中发挥着至关重要的作用。协议是一组规则和标准,定义了设备和系统之间如何交换信息。

在互联网通信中有许多不同的协议,包括互联网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、域名系统(DNS)等等。

IP负责将数据包路由到其正确的目的地,而TCP和UDP确保数据包可靠而高效地传输。DNS用于将域名转换为IP地址,而HTTP用于在客户端和服务器之间传输数据。

使用标准化协议的一个关键优势是它们允许来自不同制造商和供应商的设备和系统无缝地进行通信。例如,由一家公司开发的网络浏览器可以与另一家公司开发的Web服务器通信,只要它们都遵循HTTP协议。

作为开发者,了解互联网通信中使用的各种协议,以及它们如何共同工作以实现在互联网上传输数据和信息是非常重要的。

IP地址和域名

IP地址和域名是在处理互联网时需要了解的两个重要概念。

IP地址是分配给网络上每个设备的唯一标识符。它用于将数据路由到正确的目的地,确保信息被发送到预期的接收方。IP地址通常表示为由点分隔的四个数字,例如“192.168.1.1”。

域名是用于识别网站和其他互联网资源的人类可读名称。它们通常由两个或更多部分组成,用点分隔。例如,“google.com”是一个域名。域名通过域名系统(DNS)转换为IP地址。

DNS是互联网基础设施的关键部分,负责将域名转换为IP地址。当你在网络浏览器中输入一个域名时,你的计算机会向DNS服务器发送一个DNS查询,该服务器返回相应的IP地址。然后,你的计算机使用该IP地址连接到你请求的网站或其他资源。

HTTP和HTTPS

HTTP(超文本传输协议)和HTTPS(HTTP安全)是互联网应用程序和服务中两种最常用的协议之一。

HTTP是在客户端(如Web浏览器)和服务器(如网站)之间传输数据的协议。当你访问一个网站时,你的Web浏览器向服务器发送一个HTTP请求,请求你所需的网页或其他资源。然后,服务器以HTTP响应的形式将请求的数据发送回客户端。

HTTPS是HTTP的更安全版本,它使用SSL/TLS(安全套接层/传输层安全性)加密在客户端和服务器之间传输的数据。这提供了额外的安全层,有助于保护敏感信息,如登录凭据、支付信息和其他个人数据。

当你访问使用HTTPS的网站时,你的Web浏览器会在地址栏中显示一个挂锁图标,表示连接是安全的。你还可能在网站地址的开头看到字母“https”,而不是“http”。

使用TCP/IP构建应用程序

TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)是大多数基于互联网的应用程序和服务使用的底层通信协议。它提供了在运行在不同设备上的应用程序之间可靠、有序和经过错误检查的数据传递。

在使用TCP/IP构建应用程序时,有一些关键概念需要了解:

  1. 端口(Ports): 用于标识设备上运行的应用程序或服务。每个应用程序或服务被分配一个唯一的端口号,允许数据被发送到正确的目的地。
  2. 套接字(Sockets): 套接字是IP地址和端口号的组合,代表通信的特定端点。套接字用于在设备之间建立连接,并在应用程序之间传输数据。
  3. 连接(Connections): 当两个设备想要相互通信时,两个套接字之间建立了连接。在连接建立过程中,设备协商各种参数,如最大分段大小和窗口大小,这些参数确定数据将如何在连接上传输。
  4. 数据传输(Data transfer): 一旦建立了连接,数据可以在每个设备上运行的应用程序之间传输。数据通常以段的形式传输,每个段包含一个序列号和其他元数据,以确保可靠传递。

在使用TCP/IP构建应用程序时,您需要确保您的应用程序被设计为与适当的端口、套接字和连接一起工作。您还需要熟悉与TCP/IP常用的各种协议和标准,如HTTP、FTP(文件传输协议)和SMTP(简单邮件传输协议)。理解这些概念和协议对于构建有效、可扩展和安全的基于互联网的应用程序和服务是至关重要的。

使用SSL/TLS保障互联网通信

正如前面所讨论的,SSL/TLS是一种用于加密在互联网上传输的数据的协议。它通常用于为诸如Web浏览器、电子邮件客户端和文件传输程序等应用提供安全连接。

在使用SSL/TLS保障互联网通信时,有一些关键概念需要了解:

  1. 证书(Certificates): SSL/TLS证书用于在客户端和服务器之间建立信任。它们包含有关服务器身份的信息,并由受信任的第三方(证书颁发机构)签名以验证其真实性。
  2. 握手(Handshake): 在SSL/TLS握手过程中,客户端和服务器交换信息以协商加密算法和其他安全连接的参数。
  3. 加密(Encryption): 一旦建立了安全连接,数据将使用协商的算法进行加密,可以在客户端和服务器之间安全传输。

在构建基于互联网的应用程序和服务时,了解SSL/TLS的工作原理并确保您的应用程序设计为在传输诸如登录凭据、支付信息和其他个人数据等敏感数据时使用SSL/TLS是非常重要的。您还需要确保为您的服务器获取和维护有效的SSL/TLS证书,并遵循配置和保护SSL/TLS连接的最佳实践。通过这样做,您可以帮助保护用户的数据,确保您的应用程序在互联网上的通信具有完整性和机密性。

未来:新兴趋势与技术

互联网不断演变,新技术和趋势时刻涌现。作为开发者,及时了解最新发展对于构建创新和高效的应用与服务至关重要。

以下是一些正在塑造互联网未来的新兴趋势和技术:

  1. 5G: 5G是最新一代移动网络技术,提供比前几代更快的速度、更低的延迟和更大的容量。它有望支持新的用例和应用,如自动驾驶汽车和远程手术。
  2. 物联网(IoT): IoT指的是连接到互联网并能交换数据的物理设备、车辆、家用电器和其他对象的网络。随着物联网的不断发展,它有望彻底改变医疗、交通和制造等行业。
  3. 人工智能(AI): AI技术,包括机器学习和自然语言处理,已经被广泛应用于语音助手到欺诈检测等各种应用和服务。随着AI的不断进步,它有望支持新的用例,并改变医疗、金融和教育等行业。
  4. 区块链: 区块链是一种分布式账本技术,能够实现安全、去中心化的交易。它正在被用于支持从加密货币到供应链管理等广泛的应用。
  5. 边缘计算: 边缘计算是指在网络边缘而非集中式数据中心进行数据处理和存储。它有望支持实时分析和低延迟应用等新的用例。

通过及时了解这些以及其他新兴趋势和技术,开发者可以确保他们的应用和服务充分利用最新的能力,为用户提供最佳体验。

总结

这就是本文的所有内容。我们覆盖了很多内容,让我们花一点时间回顾一下我们学到的内容:

  • 互联网是一个全球互连的计算机网络,使用一套标准通信协议来交换数据。
  • 互联网通过使用标准化协议(如IP和TCP)将设备和计算机系统连接在一起来运作。
  • 互联网的核心是一个全球互连的路由器网络,负责在不同设备和系统之间引导流量。
  • 你需要熟悉的基本概念和术语包括数据包、路由器、IP地址、域名、DNS、HTTP、HTTPS以及SSL/TLS。
  • 协议在实现互联网上的通信和数据交换中发挥着至关重要的作用,使得来自不同制造商和供应商的设备和系统可以无缝通信。

希望你觉得这篇文章有帮助。如果你有任何问题或意见,请随时在下面留言。感谢阅读!

参考资料

  • How does the Internet Work?
  • How Does the Internet Work? MDN Docs
  • Introduction to Internet
  • How does the Internet work?
  • How the Internet Works in 5 Minutes

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