车小胖，公众号：chexiaopangnetwork 阅读原文 每个城市的自来水网，类似于计算机网络的局域网。通常自来水网是这样工作的：有一个大型的水库，经过 N 道工序的洁净消毒处理，达标的自来水进入管网。源头的管网，通常是很粗大的管道，这些粗大的管道，可以理解为主干。然后当进入小区、街道的时候，管道会变得细一些。当管网进入每家每户的时候，管道会变得更细。水就顺着主干、次主干、毛细管道流入千家万户。 水是单向流动的，从源头（上游）顺着各个层级的管道，向用户（下游）的方向推（push）动。也可以理解为拉（pull）的方式，因为用户需要打开水龙头。 问大家一个问题，自来水管网，如果有物理环路，水会在环路里一直转圈圈吗？ 这个问题我思考了许久，应该是不会的。水能够在管网里单向流动，依靠是上下游之间的压力差，迫使水永远朝着下游的方向流动。所以自来水管网，即使出现了物理环路，水依然不会在环路里转圈圈。 但是即使不会产生原地转圈圈的现象，自来水网也很少设计成有环路的网络。而是采用树状的发散结构。因为万一发生上下游压力差=0 的极端情况，水会一直在环路里转圈圈。 水库的是自来水网的源头，可以理解为树根。主干管道可以理解为树的主干。次级管道可以理解为树枝。而树叶可以理解为千家万户的一员，而连接树叶与树枝之间的毛细管，可以理解为自来水入户的毛细管道。 这道问题显然是问：计算机网络到底是什么？ 为何还要花那么多文字写一些看似无关的内容？ 计算机网络，与自来水网，有很多相似的知识。数据的源头、主干网络、传输网络、接入网（毛细管道），通过与自来水网的对比，可以有一个形象而感性的认识。 但是计算机网络与自来水网最大的不同是，自来水网里每一滴水会流到何方？目的地是哪里全靠运气，是一个随机的过程。 计算机网络承载数据的单位是数据包，可以理解为自来水网里的每一滴水。每一个数据包流到谁家是需要精确定位的。 油腻的老王喜欢爱情武打片，那么承载爱情片的数据包，会在老王点击鼠标的一瞬间。会从服务器（大型水库）顺着主干、次主干、毛细管道精确流动到老王的电脑上，老王看得心旷神怡。 幼稚园王小萌小朋友，喜欢看动画片。动画片也会在小萌点击鼠标之后，精确流动到小萌的 iPad 上，小萌看得津津有味。 如果计算机网络不能精确定位数据包的目的地，把老王的片子错误地推送给小萌，而把小萌的片子推送给老王，这显然不合适。谁还敢用这样的网络？ 计算机网络第一个要实现的任务，如何精确定位数据包的接收者的位置？ 这就需要给每一个上网用户进行地址编码，而实现这个地址编码的技术，就是大名鼎鼎的 IP 地址编码。每一个用户分配一个独一无二的 IP 地址，这个 IP 地址可以理解为用户的位置信息。那么老王订阅内容的数据包外包装，写上老王的 IP 地址信息，那么计算机网络将老王的数据包，发到老王的家中，这样就可以实现第一个任务。 老王订阅的这些数据包最终归宿是哪里呢？ 如果老王是在线观看，数据包最终会形成一帧帧图像显示在电脑屏幕上，然后这一帧帧图像，会在几十毫秒之后被下一帧数据所覆盖。长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上。 如果老王选择下载到文件里，那么这些数据包会以文件的形式存储在硬盘里。如果老王不喜欢而选择删除，这些文件所占用的硬盘空间，会被文件系统回收用于存储其它文件。文件依然在在哪里，不会因为被删除而消失，但是可能被别的文件覆盖。 而用户在线看的视频、网页，一般也会在关闭浏览器、软件之后释放掉。所谓释放，是这些数据所占用的内存空间被释放。可以被其它数据所覆盖。 在互联网、计算机网络经常听到订阅（subscribe）。它真实意思是什么呢？ 这是一种用户主动拉取（pull）数据的模式。用户要先请求，然后数据才会从服务器流到用户家中。用户如果不主动请求数据，数据就永远不会莫名其妙溜到用户家中。 老王自从看了武打片，电脑上经常会莫名其妙跳出一个小广告，老王就很纳闷，可是老王我并没有主动订阅该广告，为何它会流动到我的电脑上？ 老王的电脑在过往的浏览经历中，被悄悄地安装了恶意软件，尽管老王没有主动订阅小广告，可是这些恶意软件却学雷锋帮助了老王订阅了小广告。 一个数据包的完整生命周期，从数据的源头（服务器），以文件输入、或视频输入进入网络，通过各个层级的物理管道，精确到达数据的订阅用户，然后以昙花一现的方式呈现在屏幕上，或者以文件的方式永远地保存在用户的电脑上。 计算机网络，所要完成的任务还有很多很多。数据包在管道里传输，信号会不断衰减，如何能保证数据包在到达目的地，依然可以解码出原始的数据包？ 这就是网络设备存在的必要性，交换机、路由器可以完成信号的中继，确保在信号衰减到面目全非时，将其修复成原始的模样。 但是交换机、路由器需要判断自己接收到的数据包是否还有修复的必要性？ 假如接收到数据包已经无法还原成原始的数据包了，那么修复数据包完全是「脱裤子放屁」，多此一举。 如何判断一个数据包是否原始的模样？ 这个很好解决。只要数据的发送者，在数据包的末尾附上数据包的校验码。网络设备在接收数据包之后，用同样的校验算法，计算出数据包的校验码，与接收到的校验码进行比对。如果相同，那么数据是正确的，可以继续处理。否则直接丢弃处理。 计算机网络，为了避免一根链路的失效而影响全局，通常在设计网络时，会有多条备份冗余链路。这些冗余链路的存在，通常会形成物理的环路。计算机网络没有自来水网的压力差，无法保证数据包朝着单一方向流动。那么数据包万一在环路里一直转圈圈，数据包的生命周期将会与日月同在，直到网络设备断电或者物理环路的消失，是不是很可怕？ 为了避免数据包的环路，通常网络设计成无环的，即整体网络是树状的发散结构。如果无法避免物理环路，可以将多条物理链路绑定成一条逻辑虚拟链路，或者配置成可以使用路由算法控制的三层链路。 在路由算法收敛之前，万一发生了环路，如何应对？ 为了防止一个数据包生命周期万寿无疆，通常数据包的源头将它的寿命限制为 TTL = 255 秒。每经过一个三层路由设备，减去 1 秒。那么经过 255 次路由设备，生命周期=0，一旦寿命=0，将会直接丢弃。 可是这个美好的愿望有一个小 bug，只有 TTL 减一的三层路由设备才能利用这个机制将包最终丢弃。那些二层交换机压根无权 TTL-1，那么意味着一旦数据包在二层网络发生了环路，将永远在环路里滞留。滞留带来的结果是致命的。环路上堆积的数据包越来越多到达处理的上限。后续的数据包将会被无情的丢失。一方面交换机焦头烂额累的上气不接下气，另一方面后续的数据包被无情丢弃。网络的崩溃往往是一个小小的环路造成的。 阅读原文
