我们对于互联网技术,它的概念,还有它的一些基本的特征去进行了学习。本讲课我们就一起来看一看与互联网紧密相关的另外一些技术性的知识。首先我们可以先来看一看。世界上如此多的网络设备,他们是怎么样?连接起来是通过什么方式进行连接的?上一讲课我们给大家提到过。如果说我们需要做到一个办公室里面。里面的5台电脑都可以进行实时的数据传输,也就是随时能够传输数据。那么。我们就需要把这5台电脑用网线。进行连接,把它们连接起来。不过呢,这又会有一个问题。那就是如果说只有两台电脑。那我们只需要一根网线。就可以完成连接了。但是呢?如果我们有5台电脑。那么我们如果需要。能够确保每一台电脑都能和其他电脑进行连接,并且实时的传输数据。那么我们就会需要这样的10条网线。而如果再进一步,如果电脑的数量再增加到了100台。那么我们就会需要4950根这样的网线。而这而。一般来说100台电脑啊,我们一般比如教学用的啊,计算机的机房,那么它的数量大概就是在这个数量左右。但是4000多根,接近5000根网线去连接他们,这显然是不现实的。所以呢,从这里我们就可以看出。伴随着电脑或联网设备数量的增加。我们如果以这种方式去进行连接。那么所需要网线的数量,它会以一个非充张的比例啊去增加啊进行增加。所以。我们为了能够简化网络。我们就会引入啊,一个叫做啊,引入一个设备啊,这个设备呢,叫做交换机啊,会引入一个交换机这样的设备。这个交换机呢,它。他在网络中所扮演的角色。就相当于一个中转站。啊,比如我们啊,刚才提到的这5台电脑,需要进行数据的交互,需要进行数据的传输。那么我们可以不用把这5每台电脑都进行相互的连接。我们呢,只需要在中间加一个交换机。然后呢,所有的电脑都和这台交换机进行连接。然后再由交换机来负责收发数据啊,这样就可以了啊,这样就可以。那么这一个这样一个网络结构呢,就是我们啊,通常所听说的局域网。局域网。比如说啊,刚才我们讲。强到的一个办公室里的5台电脑,那么这5台电脑就可以以我们现在看到的这种方式去形成一个局域网。然后呢,这5台电脑通过这个交换机来进行数据的交换。当然这个数量呢,也是可以增加的啊,不仅是5个啊,也可以是10个20个。呃,当然这一个呢,就会涉及到我们交换机的这个啊,型号啊和规格。啊,这个呢,我们就啊关于交换机的具体型号和规格啊,这里就啊不进行啊特别细致的展开了。其实呢,这个交换机呢,我们也可以这样去理解。它呢,有点类似于我们平时使用的这个插线板。只是呢,不同的是这个交换机它会需要。涉及到的功能会比插线板要复杂很多。啊,因为我们插线板啊,只负责把那个电路啊连通就行啊,确保能够导电就行了。而这一个啊,交换机呢,它在多数时候啊,大多数情况下,它还需要做数据的辨识和收发啊这样一些工作。而这做这样一些工作啊,就会牵涉到啊,就会牵涉到啊一些关于IP协议的知识。那这个时候呢,我们就会去采用路由器还有服务器啊这样一些啊,更复杂大型的设备设施啊,关于这些内容我们后面啊很快会给大家啊进行讲到。那么这里呢,啊,主要就给大家介绍这个局域网的啊,这个连接方式。但是呢?啊,这一个局域网,他所能够解决的只是一个办公室内部的一个数据传输的问题。那么,如果我们需要做到办公室和办公室之间的数据连接。这种时候呢?我们就需要加入一个新的局域网。那么我们再把这两个局域网里面的交换机进行相互的连接啊就可以了啊,注意是交换机的相互连接啊,就不会直接用电脑和电脑进行连接啊,直接用交换机和交换机连起来就可以了。而伴随着办公室数量的增加。我们又可以重复刚才啊给大家提到的方式。去把这些局域网连接起来。从而呢,形成一个更庞大的局域网。而这样一个更庞大的局域网呢?它是可以由一个更高级别的交换机来实现数据的交互功能的。当然。这一个更更为庞大的局域网。我们呢,会以不同的名字啊,一般来说,我们会以不同的名字去命名它。比如说。连接一个城市所有上网设备的啊,这样一个网络结构,我们就把它称之为城域网。另外呢?还有可以连接更大的啊,这个范围,更大范围内的这个网络设备的啊,广域网啊。啊,更大范围内我们把它称为广域网,另外呢,还有就是全球性的这种国际网络啊,也可以称之为因特网。而这里呢,关于因特网啊,这个国际网络啊,我们看到啊,有提到了协议两个字。其实呢,这里的这一个协议,也就是我们这一讲课啊,准备给大家讲到的第二个方面。关于IP协议的啊,这个内容。刚才呢,我们给大家举到了一个例子。也就是这个办公室啊,如果一个办公室的5台电脑。需要进行相互的这个数据的传输。我们需要去借助交换机。啊,采用这种方式。来使得这个线路啊更为简便啊,所使用到的这个连接方式啊更为简便。而对于绝大多数的这个办公室来说。也就是啊,我们通常所使用的路由器啊,就是采用。路由器去进行连接。但是呢?在这里呢?又会引发出一个新的问题。那就是路由器。它并不是像我们平时所用的插线板。因为我们刚才提到插线板,它只需要对电流进行分流和汇集就可以了。它不,它不需要去判断这个电流的来从哪里来,也不需要判断它是流向哪里啊,只需要做这个啊,电电流的这个分流啊和汇聚就可以了。但是网络呢啊,对于网络来说,这是不行的。因为我们的网络数据的交换。是包含有具体信息的。啊,是有具体信息的,而不是没有啊任何意义的电流。那么我们的路由器。在这个时候。路由器进行工作的时候,他就需要知道。去搜这,这样收发他所收到和发出的这些各类信息应该是从哪里来的,而又需要发送到哪里去?比如说我们如果直接去采用点对点的这种连接方式。啊,比如我们还是采用啊,不去不使用路由器。我们去多啊,花费一些网线啊,去多使用一些电缆,采用这种点对点的连接,那么它的数据的传输啊就会啊,就相对来说就很明确。比如说。A电脑想给C电脑传输数据。那么可以直接走对应的接口和线路,就可以进行精准的传输了。但是呢,我们为了简化。线路我们增加了交换机以后啊,我们增加了这个交换机以后。当交换机它收到从A发出的这个信息,这个数据之后。交换机它是不知道应该传送到哪一台电脑上面去的啊,也就是数据啊,到了这个交换机之后。啊,他就啊停住了啊,他就不知道是给这个信息是传到B的,还是传给C的,还是传给D的,或者是传给E的啊不知道是传给哪个电脑的。而这啊,其实就像是我们啊,几乎每个小区都会有的啊,这种快递驿站一样啊,所有的快递它都会通过快递驿站啊进行收发啊,这个快递驿站就相当于我们的这个交换机啊去进行收发。但是呢,我们所有的快递啊,我们都知道,必须要清楚的写明具体的收件地址。这样呢,才知道是发到哪里去的。否则呢,这些快递就只能够被遗弃在啊这个快递驿站那里了。所以啊,作为我们这个网络的传输,为了去解决这个问题。我们也是采用同样的方式。只是呢,我们啊给电脑啊附的这个地址啊,它不是具体的哪个位置。而是给每一台电脑啊,给他了一个虚拟的啊数据啊,虚拟的地址。这样呢,交换机在收到数据以后啊,就可以啊,像写了快递的包裹一样,可以把它准确的发送到。对应的电脑上面去了。这里呢,可以举个例子,比如说我们刚才讲到的啊,这5台电脑。我们如果啊,给这五台电脑分别给他们一个虚拟的地址。啊,比如说192.16标8.0.1 192.168.0.2,还有192.168.0.3 192.168.0.4啊,还有这个最下左下角这个电脑,192.168.0.5啊,比如我们给这几台电脑都给他啊编上一个这个地址。那么A这个电脑如果说这个时候他想给C电脑发送数据。他就可以在数据包里面啊,加上一个192.168.0.3啊,给它加上这样一个标记。那么加上。从标记之后再发给这个交换机。啊,这样呢。这个交换机他就知道了。这一份数据是需要发送给C啊这台电脑的啊,因为C这台电脑它的这个对应的IP地址就是192.168.0.3。那么和它的这个啊,数据包上标记的地址是完全一样的啊,这样呢,数据就可以啊进行准确的传送了。那么这里呢,我们啊给大家讲到的这个192.168.0.1,就是啊,我们刚才提到的这个IP地址啊,这个IP地址。当然这个IP地址呢,它是啊,嗯,老的啊,当然现在也在用的就是IPV4的啊,这个协议地址。IP地址啊,这里呢,给大家啊,可以详细介绍一下IP地址它的本身啊,其实是由32位的二进制数啊来构成的啊,就是我们这里看到的啊,这一串0和1的啊,这一串数字。而啊这一点呢,其实嗯,和我们人类的这个计算逻辑啊,计算机的这个计算逻辑及和我们人类啊有一点点不同。啊,这里呢,简单的啊,可以给大家解释一下。因为我们人类啊,其实是啊,数字啊,一位的数字是知道从0~9啊,是知道9个数字啊,10个数字,而啊,所以呢,我们人类目前对于数字的理解就更习惯去使用十进制啊,因为我们能够理解10个啊,啊单独的数字可以理解10个。也就是说,个位数字满了10以后。啊,满了10以后就会向前进一位。比如这个12啊,我们看到12向前进一位,那么1就到十位上面去,这个,然后个位上就留下一个2,这个时候呢,十位原来是35,那么进了1就变成了36,那么这就是个位进到十位。然后十位呢,满了10就会向前啊,再进1啊,就是原来这个是36啊,就是进了一位之后是36,那么他就需要向前啊,把前面这个3啊啊给到百位上面去啊,所以百位就从2变成了5。那么10位啊,就留下了这个6。啊,那么就是这样啊,我们人类呢,目前就是采用的这个十进制啊,采用这个一位数里面就包含了。0~9啊,一共10个。所以我们采用10进制。就更便于啊去表示和理解啊,这个数字啊,他也就是562。但是呢,计算机它不行啊,因为计算机它只能够通过最简单的电信号去认识0和1这两个数字。啊,这是因为我们的计算机啊,它的这个啊晶体管它只有开和关啊,通电和不通电两种状态,所以它只能够认识0和1啊这两个数字。所以计算机它表示数字的方式就是更为基础的啊,这个二进制。也就是数字啊,每一位数字如果达到2就需要向前啊进一位。啊,这里呢,也可以举个例子啊,比如说这个这个数字。是5啊,数字5,那么我们十进制表示出来就是005啊,就是5,而用同样的原理进行二进制数的转换之后,就会转变成。101啊101,当然这个转变过程其实和刚才人类技术的这个进制进进位的班,呃,逻辑是完全一样的啊,这个转换过程呢,当然我们如果看不懂啊,也没有关系啊,我们只要知道我们平时所接触的所有数据。转换成计算机的语言之后,都会以这种0和1的这样的形式啊来存在。那么。我们刚才提到的。这一个比如192.168.0.1啊,这是我们人啊能够认识的十进制数,而这个IP地址转换成计。乘积语言就是这样一个32位的二进制数啊来构成的192就是前面的8位,168就是啊,后面紧接着的8位,然后01啊都是这样的啊,每一啊段它对应的都是啊二进制数。所以这样结构的一个IP地址。他在理论上就应该是可以提供2的32次方,也就是42.28亿个IP地址。当然对于刚才我们讲的二进制数啊,我们啊也说过,大家不用太费劲的啊,太费力的去理解。当然有兴趣的同学呢,可以啊,去研究一下啊,包括我们这个10进制,16进制转化啊,因为我们新的IP协议啊,就是16进制的。啊,我们。啊,那么这里呢,我们只需要知道的是目前的这种IP地址,它的设置方式啊,大约是可以提供42.28亿个IP地址啊,这样就啊知道这个啊就可以了。而我们看到的啊,这一个192.168.0.1,它它是计算机为我们做的简化。也就是把8个二进制数,每8个二进制数分成一组之后,再转换成10进制后呈现出来的样子。其实呢啊这啊,就是我们一直以来计算机连入互联网,接入互联网所使用的IPV4协议啊,IPV4协议啊,就是这样的。啊,虽然说啊,这个42.28亿啊,这个数字啊,虽然看起来已经比较庞大了。但是呢,我们把它放在全世界范围内啊。对于我们爆发性增长的这个互联网使用的需求来说,这个数量就远远不够了啊,远远不够。特别是啊,在近些年来。伴随着物联网技术的一个发展。我们除了常规的电脑手机啊,除了这些常规的电子设备啊,需要联网之外。又新增加了有类似于像智能手表。智能手环,还有智能家电等等啊,这样一些越来越多的啊,这样一些设备,包括我们以后的啊,家具家电都是智能家居,那么这些东西都要联网,那么这些啊都需要接入互联网之后。我们这个IP协议的地址啊就行了啊,就远远不够了。而且跟。根据我们2024年的这一个统计。全球互联网所使用的这个用户,其实是已经超过了53亿。而且呢,按照这样的发一个发展趋势。预计在2025年,这个用户量会突破到65亿。啊,从这里我们也可以看出来啊,它本来只有40几亿啊,42.28亿个这个IP地址可以用,但是实际上呢,现在已经超过了。啊,这样呢,我们这个IP地址就完全不够了。而且这42.28亿个地址里面还包括了一些需要被保护起来的啊,有特殊用途的,不能向社会开放的啊,一些IP地址,所以把这些排除掉之后就更加不够用。所以呢,在2011年底这个IPV4的地址。其实就已经被耗尽了,被分配完了。那么当时怎么去处理这个问题呢?啊,在当时呢,是引入了一项新的技术啊,去做了一个临时性的处理。这个技术呢,叫做nat网络地址转换啊,采用了这种临时性的措施啊去啊让这一个IPV4协议呢,又能够啊延续几年啊。这个关于这个网络地址转换啊,简单解释一下啊,比如我们有一台接入互联网的交换机,它的这个IP地址是123.123.1.1啊这里给大家只是举一个这样一个例子啊。但是呢?在这样一个交换机下面,它还会连接。其他的设备。这种情况下,我们一般就不会再用这个公网IP啊,就不会再用这个IPV4的啊,这个啊,这42.28亿个IP里面再去分啊,就不不会去分配,这种情况下,他们会分别被分配一个私有的IP。而这个私有的IP呢,它不会去占公网IP啊,它不会占用公网,公网IP它不是这个42.28亿里面的一个啊,是我们单独分配的一个私有IP。比如说它下面有两台设备。那么他们的IP地址就可以是192.168.0.1,还有192.168.0.2,那么这就是有我们这个路由器啊,或者这个交换机啊分配的。但是呢,我们需要特别注意的是这两个IP地址。我们刚才提到过,它叫做私有IP。这一个私有IP呢,我们可以把它理解为每一个小区的这个门牌号码。比如说啊,你住在小区的三栋二单元12楼2号。那么这个就相当于互联网里面的私有IP。但是呢,在全国有很多个三栋二单元,12楼2号。那么如果我们在网上买东西的时候。地址只填写3栋2单元12楼2号。那么这个快递员他就不知道啊,这个快递应该往哪里寄了啊,因为三栋二单元12楼2号啊,这个全全国范围内啊,每个小区啊,不说每个啊,大部分的小区啊,几乎都会有。那么这种情况下,快递员就不知道。到底是寄到哪个小区去的?这其实就是公网IP和私有IP的区别,包括这里这个192.168.0.1啊,那也有很多啊,但这是只是私有IP。啊,这个例子呢,而这个例子里面啊,上面我们看到最上面这个123.123.1.1,它就是接入广域网的啊,接入我们互联网的这台交换机的公网IP。他这个IP呢,就是我们刚才提到的42.28亿个公网IP里面的一个。而下面这两台设备的IP就只有私有IP。而他们公网IP怎么办呢?公网IP是和上面这个交换机啊共用的,共用的。只是呢,数据在进行交互的时候啊,就必须要在交换机中。进行一次转换啊,这个转换过程啊,就叫做nat技术啊,就相当于我们寄快递啊,必须要走这个啊快递啊,就是有的快递呢,它是寄到这个快递驿站啊,快递驿站再转换啊,再转移到再转一遍啊,那么是必须要这样。啊,那么这啊就是关于我们啊nat啊,这个转换技术,也就是我们说的nat技术。而正是有了这个nat技术,使得我们公网IP地址在2011年枯竭了之后啊,互联网通信又能勉强的去延续十几年。但是呢,这种方式它并不能从根本上去解决问题。因为我们互联网的数据交互。他不像我们收发快递啊,可以通过。做快递驿站啊,当然有些数据啊,可以通过快递驿站去转,但是呢,他有些啊数据就不能够啊,就不行啊,所以说它这个东西呢,也会有局限性,所以它并不是简单的寄快递。所以nat这种模式呢,也会有不小的局限性。而且呢,也有很多互联网的服务都会需要用到这个公网IP。因此,我们为了从根本上去解决这个问题。我们就对IP协议去进行了一个彻底的升级。也就是从原有的IPV4L级到这个IPV6协议。而这一个升级呢,也就是把传统的IPV4所转换出来的啊,这样的四组四位的10进制数。啊,传统的这个。自进制数呢,它只能表示42.28亿个地址,那么新的这个IP协议呢,IPV6呢,它转换出来的结果啊,展示出来是这样的。这样一一串数据呢,它是八组四位16进制的数啊,这样组合成的。而他所能够提供的IP地址是可以多达3.4×10的38次方个。而这一个数量啊,它远远比42.28亿啊,多出啊,很多很多个数量级了啊,已经是数量级上面的提升了。所以这个数量呢,也是足够给世界上的每一粒沙子啊,都可以标上一个自己独立的IP。本来呢,我们对于计算机来说,它只是啊一个数据上的变化啊,原本啊只是数据。上的变化啊,从啊原来的这个IPV4变成IPV6啊,从原来的啊4组啊这个8位的啊,4组八位的变成了这个8组四位的啊,从原来二进制变成了这个16进制啊,这样只是做了这样一个变化,但是实际上。啊,做这个变化呢,其实本身也很简单啊,就是手指头数数不够了,我们可以加上脚趾啊,道理呢,其实很简单,但是呢,有一个很大的问题。就是我们IPV6和传统的IPV4,它是两套完全不同的协议。这两套协议是没有办法进行互通的。这里呢,就会需要有相应的这个转换啊,相应的转换。而且啊,我们为了完全能够取代它啊,完全能够,呃,完全的这种转换过来。这个IP,这个地址在使用过程中。IPV4的这个旧的这种啊,协议会逐步逐步的被淘汰掉。最后逐步的更新为IPV6地址。当然这里呢,就会涉及到全球几十亿个啊IP地址的一个更新,所以这呢也是一个非常庞大的啊一个转换工程。啊,目前呢,全世界各个国家都在着力去解决这方面的问题。当然这其实也是我们国家在互联网领域啊,实现一个弯道超车的一个契机。因为啊在过去,由于发达国家在互联网技术方面,他们的起步啊,相对比我们国家要早很多。啊,这就使得某一些国家啊,它几乎啊出现了一种对。IPV4协议下,所有服务器的一个啊垄断啊,所有跟服务器的一个垄断。啊,当然这里涉及到一个名词,叫做根服务器啊,关于这一个根服务器呢,我们可以理解为用于沟通全球所有计算机网络的一个超级服务器。啊,也就是我们前面说的啊那个交换机啊,就是它呢,它这个交换机啊是可以啊,是用来沟通全球所有交换机的啊,所以它这个叫做啊超级服务器啊跟服务器。当然我们如果理解起来比较困难,也可以把它通俗点啊,理解为一个一栋大楼的一个总开关