引言
在现代社会，互联网已成为我们日常生活的重要组成部分，无论是工作、学习还是娱乐，都离不开它的支持。然而，很多人对互联网的工作原理了解甚少。其实，上网并不仅仅是点击一个链接或打开一个应用程序这么简单，它背后涉及到复杂的数据传输、协议交换和硬件支持。接下来，我们将探讨上网的基本原理，揭示在我们浏览网页、发送邮件或观看视频时，数据是如何从一台设备传输到另一台设备的。
知识铺垫
1.IP地址：我们在进行数据传输和通信等操作时，都是基于IP地址来定位对方的（IP地址你可以理解为全球唯一的地址，他的设计之初，是设计为唯一的，但由于后来全球网民增多，导致原来的ip地址不够用，之后，又更改为ipv6规则，但ipv6还未全部普及，还有一些其他原因，导致ip地址在某些特殊地区有不唯一（私网），但绝大多数ip地址都是唯一的，所以可以这么理解，IP地址是全球唯一的地址）
2.MAC地址（Media Access Control Address）是网络接口卡（NIC）在网络中唯一的物理地址，用于在局域网（LAN）中唯一标识一个网络设备。每个网络设备在制造时都会被分配一个MAC地址，通常是永久性的，并且不会更改。（实际地址）
3.MAC-IP：IP地址是MAC地址按一定协议的映射，MAC地址是实际的真实地址，而IP地址是映射后的虚拟地址
4.端口号：端口号是网络通信中用于区分不同服务或进程的标识符。每个运行在网络设备上的应用程序或服务都会监听一个或多个端口，来接收入站连接或发送出站数据。端口号通常与协议类型相关，用于帮助操作系统将数据包正确地转发到相应的应用层服务。例如，HTTP 使用 80 端口，HTTPS 使用 443 端口。HTTP 是无加密的协议，而 HTTPS 是加密的协议，因此，服务器在收到数据包后，会根据端口号判断该请求是 HTTP 还是 HTTPS，然后转发到相应的服务。对于 HTTPS 请求，服务器还需要进行 SSL/TLS 证书验证和加密算法的协商等处理。
5.超链接：又叫链接，点击后可以跳转到另一个文档或网页
网络架构
在实际生活中，互联网的运作依赖于一个分层结构，这就是所谓的五层网络结构（图1）。这五层结构从底层到顶层依次是：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。每一层都有不同的职责，确保数据能够从源头顺利传输到目标，保证通信的可靠性和高效性。接下来，我将用一个案例来解释这五层是怎么工作的。
图1：五层结构
案例
理解版案例
理解版：当我们使用浏览器上网时，比如访问百度网站（https://www.baidu.com/），其中 URL 是 https://www.baidu.com/，域名 是 www.baidu.com，而 https 是网络协议。域名会经过一个叫做 DNS 解析 的过程，被解析为对应的 IP 地址，然后使用该 IP 地址进行通信。接下来，浏览器会与服务器建立连接，通常是通过 TCP 三次握手 过程。连接建立后，浏览器会根据网络协议构建请求包（该请求包包括目标地址、对方的 IP 地址、源地址、我的设备的 IP 地址、请求内容、请求方法如 GET 或 POST、端口号等信息）。百度的服务器收到请求包后，会解析该包，检查目标地址是否正确，并进行包完整性检查。根据请求内容，服务器可能需要访问数据库查找相关数据。服务器将响应内容封装为响应包，添加源地址、目标地址、HTTP 状态码等信息，并返回给浏览器。最后，浏览器会解析和渲染响应包，呈现我们在网页上看到的内容，流程如图2
图2：理解版流程（这里第五步IP地址查找是多余的，因为在dns解析过程，就已经把IP地址定位了，之后是把数据包转发给中间体，中间体查表转发，这里的中间体（代指路由器、交换机）
详细版案例：
第一种情况： 用户知道自己要访问的网站，在地址栏输入 URL（如 https://www.baidu.com）后，浏览器首先会检查自己的缓存中是否有该域名（www.baidu.com）的 IP 地址。如果浏览器没有缓存，浏览器会向操作系统请求解析。操作系统会先检查本地的 DNS 缓存，如果没有结果，再检查 hosts 文件。如果操作系统的本地缓存和 hosts 文件中都没有找到相应的 IP 地址，操作系统会向配置的 DNS 服务器发起查询，最终解析出目标 IP 地址。这个过程叫做 DNS 解析过程。
第二种情况：用户不知道自己要访问那个网站，他现在输入框里面输入内容进行相关的查找如图3，然后会看到一些和你输入内容相关的一条条信息（也即是链接）如图4
图3：输入内容
图4：相关内容
第一部分：搜索结果是如何展示的？计算机是如何确定哪些内容展示的？以图4“搜索什么时候放假”为例，搜索结果大致可以分为三种情况：完全匹配、部分匹配和完全不匹配。对于完全匹配的情况，可能会有多个相关信息，这些信息的排序是基于多种因素的，例如页面内容质量、页面的权威性、外部链接数量等。部分匹配的情况则更复杂，在海量网页中，搜索引擎如何排序这些部分匹配的结果呢？在这个过程中，搜索引擎不仅仅考虑关键词的匹配度，还会通过算法来理解用户的意图和相关性。对于绝大多数用户而言，通常只会点击前几页的搜索结果，因此优化搜索引擎的排序算法、提高结果的相关性和质量就成为了提高浏览器竞争力的关键。通过这些方式，搜索引擎能够不断改进用户体验，增加用户的留存率。
第二点：如图5所示，这条信息可能是一篇几千字甚至几万字的长文章。用户通常不会逐字逐句地查看这类文章，而是通过浏览标题和摘要（如图6所示）来快速判断该文章是否符合他们的需求，然后决定是否点击跳转到具体页面查看完整内容。（这里补充一下为什么会有这么多相关内容的展示，这就是爬虫的作用。百度爬虫按照一定的规则和算法自动地爬取其他网站的信息，进行整合和处理，并将这些信息存储到本地或数据库中。之后，当用户进行搜索时，搜索引擎会根据用户的查询关键词，快速检索这些存储的信息，并根据相关性和重要性对结果进行排序，最终将最匹配的搜索结果展示给用户。所以我们看到的信息是百度爬取整合排序后的内容）
图5：
图6：标题（这里的标题算是伪标题）和摘要
综合以上两点，网页展示的核心因素包括排序、相关性和网页的重要性（例如，假设有两个网页都介绍西红柿炒鸡蛋的做法，如果第一个网页被许多其他网站链接，而第二个网页很少有外部链接，那么显然，第一个网页在搜索引擎中会被认为更重要）这里就简单的介绍一下，感兴趣的可以去看一下
相关性计算：
（1）.关键词匹配：中文搜索通常是基于词语的匹配进行相关性计算的。与英文不同，英文单词之间由空格分隔，而中文没有空格，且字与字之间的组合方式决定了含义的变化。因此，中文搜索需要先通过分词技术将文本分解成有意义的词语，再在词库中进行匹配，这就是关键词匹配的过程。
（2）.TF-IDF：TF（词频，Term Frequency）：某个词在文档中出现的频率。一个词在文档中出现的频率越高，通常认为它对该文档越重要。
IDF（逆文档频率，Inverse Document Frequency）：一个词在所有文档中的出现频率。词出现的频率越低（即该词在少数文档中出现），该词的重要性越高，因为它能帮助区分不同文档的主题。这里只介绍这俩个点
网页重要程度：推介去看著名的google的pagerank算法
排序：需要考虑以下几点：相关程度，用户搜索意图（比如有时候用户之搜索一个词或一个字，就需要适当的扩展），还有网站的权威性等等
接下来是五层结构的作用（图7）：
构建HTTP请求（应用层）： 浏览器在应用层根据用户输入的URL构建HTTP请求。该请求包括请求行（如GET或POST方法，请求的资源路径和HTTP版本）、请求头（如Host、User-Agent、Accept等附加信息），以及可选的请求体（对于POST请求包含的数据）。
封装为TCP段（传输层）： 应用层构建的HTTP请求会传递给传输层，封装成TCP段。TCP负责在客户端和服务器之间建立可靠的连接，并确保数据传输的顺序和完整性。TCP还会为每个数据段添加必要的头信息，如源端口号和目标端口号。
封装为IP数据包（网络层）： TCP段会被传递到网络层，并进一步封装成IP数据包。IP数据包包含源IP地址和目标IP地址，用于在网络中路由数据包。网络层的主要任务是根据目标IP地址选择合适的路径来将数据传输到目标设备。
封装为以太网帧（链路层）： 网络层的IP数据包会被传递给链路层，封装成以太网帧。以太网帧包括源和目标的MAC地址，用于局域网内的数据传输。链路层还会计算并添加帧校验序列（FCS），以确保数据传输的完整性。
物理传输（物理层）： 最后，以太网帧被转换成电信号或光信号，并通过物理介质（如电缆或光纤）传输到目标服务器。物理层负责数据的实际传输，包括信号的调制、传输速率和信号强度的控制。
图7：在请求流程中，还有很多细节没有说全（比如MAC地址和IP地址之间的映射是通过ARP协议来实现的。传输过程中，数据可能经过多个中间设备，如路由器和交换机。交换机通常用于同一局域网内的设备之间的数据转发，而路由器则负责不同网络之间的通信，连接两个局域网。局域网有一定的范围，跨越局域网之间的通信需要通过路由器进行。数据链路层会检查MAC地址还有检查包的完整性等等）
服务器接受了数据包，之后进行响应，流程和请求流程类似