计算机科学入门
上次讲到，你的计算机和一个巨大的分布式网络连在一起，这个网络叫 互联网 （Internet）。
互联网由无数互联设备组成，而且日益增多，计算机为了获取这个视频，首先要连到 局域网 （local area network），也叫 LAN ，你家 WIFI 路由器连着的所有设备，组成了局域网。
局域网再连到 广域网 （Wide Area Network），广域网也叫 WAN 。
ISP
WAN 的路由器一般属于你的 互联网服务提供商 （Internet Service Provider），简称 ISP ，比如 中国电信 ， 中国移动 和 中国联通 这样的公司。
广域网里，先连到一个区域性路由器，这路由器可能覆盖一个街区，然后连到一个更大的 WAN ，可能覆盖整个城市。
可能再跳几次，但最终会到达 互联网主干 ，互联网主干由一群超大型、带宽超高路由器组成。
为了从 YouTube 获得这个视频，数据包（packet）要先到互联网主干。
数据包从你的计算机跳到 Youtube 服务器，可能要跳个 10 次，先跳 4 次到互联网主干，2 次穿过主干，主干出来可能再跳 4 次，然后到 Youtube 服务器。
如果你在用 Windows ， MacOS 或 Linux 系统，可以用 traceroute 来看跳了几次，在 Windows 系统中，该命令为 tracert 。
我们在 印第安纳波利斯 的 Chad&StacyEmigholz 工作室 ，访问加州的 DFTBA 服务器，经历了 11 次中转。
从 192.168.0.1 出发，这是我的电脑在局域网（LAN）里的 IP 地址，然后到工作室的 WIFI 路由器，然后穿过一个个地区路由器，到达主干。
然后从主干出来，又跳了几次，到达 DFTBA.com 的服务器，IP地址是 104.24.109.186 。
但数据包到底是怎么过去的？如果传输时数据包被弄丢了，会发生什么？
如果在浏览器里输 DFTBA.com ，浏览器怎么知道服务器的地址多少？
上次说过，互联网是一个巨型分布式网络，会把数据拆成一个个数据包来传输。
如果要发的数据很大，比如邮件附件，数据会被拆成多个小数据包。
举例，你现在看的这个视频，就是一个个到达你电脑的数据包，而不是一整个大文件发过来。
数据包（packet）想在互联网上传输，要符合 互联网协议 （Internet Protocol）的标准，简称 IP ，就像邮寄手写信一样，邮寄是有标准的，每封信需要一个地址，而且地址必须是独特的，并且大小和重量是有限制的，违反这些规定，信件就无法送达，IP 数据包也是如此。
UDP
因为 IP 是一个非常底层的协议，数据包的头部（或者说前面）只有目标地址，头部存 关于数据的数据 ，也叫 元数据 (metadata) ，这意味着当数据包到达对方电脑，对方不知道把包交给哪个程序，是交给 Skype 还是使命召唤？
因此需要在IP之上，开发更高级的协议，这些协议里，最简单最常见的叫 用户数据报协议 （User Datagram Protocol），简称 UDP 。
UDP 也有头部，这个头部位于数据前面，头部里包含有用的信息，信息之一是 端口号 。
每个想访问网络的程序，都要向操作系统申请一个端口号，比如 Skype 会申请端口3478，当一个数据包到达时，接收方的操作系统会读 UDP 头部，读里面的端口号，如果看到端口号是 3478 ，就把数据包交给 Skype 。
总结：IP 负责把数据包送到正确的 计算机 ，UDP 负责把数据包送到正确的 程序 。
校验和
UDP头部里还有 校验和 （checksum），用于检查数据是否正确。
正如"校验和"这个名字所暗示的，检查方式是把数据求和来对比，以下是个简单例子。
假设 UDP 数据包里，原始数据是 8911133325841 。
在发送数据包前，电脑会把所有数据加在一起，算出 校验和 ，89+111+33+... 以此类推，得到 364 ，这就是 校验和 。
UDP中， 校验和 以 16 位形式存储(就是16个0或1)，如果算出来的和，超过了16位能表示的最大值，高位数会被 扔掉 ，保留低位。
当接收方电脑收到这个数据包，它会重复这个步骤，把所有数据加在一起，89+111+33... 以此类推，如果结果和头部中的校验和一致，代表一切正常。
如果不一致，数据肯定坏掉了，也许传输时碰到了功率波动，或电缆出故障了。
不幸的是，UDP 不提供 数据修复或数据重发的机制，接收方知道数据损坏后，一般只是扔掉，而且，UDP无法得知数据包是否到达，发送方发了之后，无法知道数据包是否到达目的地。
这些特性听起来很糟糕，但是有些程序不在意这些问题，因为 UDP 又简单又快。
拿 Skype 举例，它用 UDP 来做视频通话，能处理坏数据或缺失数据，所以网速慢的时候 Skype 卡卡的，因为只有一部分数据包到了你的电脑。
TCP
但对于其他一些数据，这个方法不适用，比如发邮件，邮件不能只有开头和结尾没有中间，邮件要完整到达收件方。
如果所有数据必须到达，就用 传输控制协议 （Transmission Control Protocol），简称 TCP 。
TCP 和 UDP 一样，头部也在存数据前面，因此，人们叫这个组合 TCP/IP 。
就像UDP，TCP头部也有 端口号 和 校验和 ，但TCP有更高级的功能，我们这里只介绍重要的几个。
- TCP数据包有
序号，15号之后是16号，16号之后是17号，以此类推，发上百万个数据包也是有可能的，序号使接收方可以把数据包排成正确顺序，即使到达时间不同，哪怕到达顺序是乱的，TCP协议也能把顺序排对。 - TCP要求接收方的电脑收到数据包，并且
校验和检查无误后（数据没有损坏），给发送方发一个确认码，代表收到了，确认码（acknowledgement）简称ACK，得知上一个数据包成功抵达后，发送方会发下一个数据包，假设这次发出去之后，没收到确认码，那么肯定哪里错了，如果过了一定时间还没收到确认码，发送方会再发一次。
注意数据包可能的确到了，只是确认码延误了很久，或传输中丢失了，但这不碍事，因为收件方有序列号，如果收到重复的数据包就删掉。
还有，TCP 不是只能一个包一个包发，可以同时发 多个 数据包，收多个确认码，这大大增加了效率，不用浪费时间等确认码。
有趣的是，确认码的成功率和来回时间，可以推测网络的拥堵程度，TCP 用这个信息，调整同时发包数量，解决拥堵问题。
简单说，TCP 可以处理 乱序 和 丢失 数据包，丢了就重发，还可以根据拥挤情况自动调整传输率。
你可能会奇怪，既然 TCP 那么厉害，还有人用 UDP 吗？
TCP最大的缺点是，那些 确认码 数据包把数量翻了一倍，但并没有传输更多信息，有时候这种代价是不值得的，特别是对时间要求很高的程序，比如在线射击游戏，如果你玩游戏很卡，你也会觉得这样不值。
DNS
当计算机访问一个网站时，需要两个东西：
- IP地址
- 端口号
例如 172.217.7.238 的 80 端口，这是谷歌的 IP 地址和端口号。
事实上，你可以输到浏览器里，然后你会进入谷歌首页，有了这两个东西就能访问正确的网站，但记一长串数字很讨厌。
google.com 比一长串数字好记，所以互联网有个特殊服务，负责把域名和IP地址一一对应。
就像专为互联网的电话簿，它叫 域名系统 （Domain Name System），简称 DNS ，它的运作原理你可能猜到了，在浏览器里输 youtube.com ，浏览器会去问 DNS 服务器，它的 IP 地址是多少。
一般DNS服务器，是互联网供应商提供的，DNS 会查表，如果域名存在，就返回对应 IP 地址。
如果你乱敲键盘加个 .com 然后按回车，你很可能会看到 DNS 错误，因为那个网站不存在，所以 DNS 无法返回给你一个地址。
如果你输的是有效地址，比如 youtube.com ，DNS 按理会返回一个地址，然后浏览器会给这个 IP 地址，发 TCP 请求。
域名
如今有三千万个注册域名，所以为了更好管理，DNS 不是存成一个超长超长的列表，而是存成 树状结构 。
顶级域名 （Top Level Domains），简称 TLD ，在最顶部，比如 .com 和 .gov 。
下一层是 二级域名 ，比如 .com 下面有，google.com 和 dftba.com。
再下一层叫 子域名 ，比如 images.google.com，store.dftba.com。
因此，这些数据散布在很多 DNS 服务器上，不同服务器负责树的不同部分。
OSI
过去我们讲了线路里的电信号，以及无线网络里的无线信号，这些叫 物理层 （Physical Layer）。
而 数据链路层 （Data Link Layer）负责操控 物理层 ，数据链路层有：媒体访问控制地址（MAC），碰撞检测，指数退避，以及其他一些底层协议。
再上一层是 网络层 （Network Layer），负责各种报文交换和路由。
而今天，我们讲了 传输层 （Transport layer）里一大部分，比如 UDP 和 TCP 这些协议，负责在计算机之间进行点到点的传输，而且还会检测和修复错误。
我们还讲了一点点 会话层 （Session Layer），它会使用 TCP 和 UDP 来创建连接，传递信息，然后关掉连接，这一整套叫 会话 （Session）。
查询 DNS 或看网页时，就会发生这一套流程，这是 开放式系统互联通信参考模型 （Open System Interconnection），简称 OSI 的底下 5 层，这个概念性框架把网络通信划分成多层，每一层处理各自的问题。
如果不分层，直接从上到下捏在一起实现网络通信，是完全不可能的。
抽象使得科学家和工程师能分工同时改进多个层，不被整体复杂度难倒。
OSI模型还有两层，表示层 （Presentation Layer）和 应用程序层 （Application Layer），其中有浏览器，Skype，HTML解码，在线看电影等。
