郭子赫

摘 要：我們所在的社會(huì)正在進(jìn)行著第三次工業(yè)革命。以網(wǎng)絡(luò)化、信息化和數(shù)字化為特征的信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代無(wú)時(shí)無(wú)刻不在改變著我們的生活，我們?cè)诓恢挥X(jué)中被影響著和改變著。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，為了便于管理和評(píng)價(jià)，網(wǎng)絡(luò)體系被劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層等幾個(gè)層次，也總結(jié)了許多性能指標(biāo)和非性能指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)。毫無(wú)疑問(wèn)，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)通信；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；協(xié)議

一、信息時(shí)代的發(fā)展歷程

18世紀(jì)60年代蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用，人類社會(huì)被帶入了蒸汽時(shí)代；19世紀(jì)70電力的發(fā)展人類社會(huì)又被帶入了電氣時(shí)代；上世紀(jì)50年代以來(lái)，原子能、電子計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)、航天技術(shù)和生物學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展標(biāo)志著科學(xué)技術(shù)的到來(lái)，人類社會(huì)被帶入了信息時(shí)代。這三次工業(yè)革命極大的解放了生產(chǎn)力，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的變革。

在第三次工業(yè)革命早期，人們口中的網(wǎng)絡(luò)指的是“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。顧名思義，電信網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于電話和電報(bào)等電信領(lǐng)域；有線電視網(wǎng)絡(luò)主要為人們提供各種電視節(jié)目；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是我們最熟悉的網(wǎng)絡(luò)，人們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)文件，也可以在網(wǎng)絡(luò)上查找各種資料。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了“三網(wǎng)”合一的趨勢(shì)，即電信網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)逐漸融入了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。上世紀(jì)90年代，以因特網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，因特網(wǎng)至今都在改變著我們的生活。當(dāng)今的我們已經(jīng)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，離不開(kāi)因特網(wǎng)。

二、網(wǎng)絡(luò)的定義

那么什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)呢？

網(wǎng)絡(luò)是由各種結(jié)點(diǎn)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路組成。結(jié)點(diǎn)可以是計(jì)算機(jī)，也可以是交換機(jī)，也可以是路由器，當(dāng)許多網(wǎng)絡(luò)相互連接起來(lái)，就形成了網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)，即聯(lián)網(wǎng)。

因特網(wǎng)由邊緣部分和核心部分兩部分組成。邊緣部分主要包括所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)組成。核心部分是由大量網(wǎng)絡(luò)和連接在這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)件，它的任務(wù)就是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。

那么什么又是分組呢？這得從網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞的方式談起。

在早期的電信網(wǎng)絡(luò)中，那時(shí)候電話數(shù)量較少，電話可以實(shí)現(xiàn)兩兩相連，但是隨著電話數(shù)量的增加，若N部電話要實(shí)現(xiàn)兩兩相連就需要N（N-1）/2對(duì)電話線，這顯然是不可能的。此時(shí)出現(xiàn)了交換機(jī)，每一部電話都連接到交換機(jī)上，讓電話用戶之間可以較為方便的通話。這種方式稱為電路交換。從通信資源分配的角度來(lái)看，每一次通話都必須經(jīng)過(guò)“建立連接-通話-釋放連接”這個(gè)過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程中，通信資源一直都被占用。很明顯這種方案并不高效，為了提高資源的利用率，出現(xiàn)了報(bào)文交換和分組交換。

我們把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為報(bào)文。把一個(gè)報(bào)文劃分為幾個(gè)分組進(jìn)行通信的方式稱為分組交換。在發(fā)送報(bào)文之前把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分為一個(gè)個(gè)更小的數(shù)據(jù)段，并且在每個(gè)數(shù)據(jù)段前面加上一些必要的控制信息，這些控制信息稱為首部，就構(gòu)成了一個(gè)分組。每一個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立的傳輸，根據(jù)分組的首部中的控制信息傳送到目的地后再恢復(fù)原來(lái)的數(shù)據(jù)，這種交換方式稱為分組交換。毫無(wú)疑問(wèn)，分組交換極大的提高了通信資源的利用率[1]。

三、網(wǎng)絡(luò)層次的劃分

網(wǎng)絡(luò)是極其復(fù)雜和龐大的，為了便于管理和研究[2]，網(wǎng)絡(luò)被劃分為幾個(gè)層次，在這里我們指的是網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層[3]。

應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的最高層，應(yīng)用層的任務(wù)是通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程間的交互來(lái)完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層協(xié)議定義的是應(yīng)用進(jìn)程間通信和交互的規(guī)則。

運(yùn)輸層的任務(wù)就是負(fù)責(zé)向兩個(gè)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。我們說(shuō)的進(jìn)程就是主機(jī)中正在運(yùn)行的程序。應(yīng)用進(jìn)程利用該服務(wù)傳輸應(yīng)用層報(bào)文。我們這里說(shuō)的通用并不是針對(duì)某個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)，而是多種應(yīng)用可以使用同一個(gè)運(yùn)輸層服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文或是用戶數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組和包進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的另外一個(gè)任務(wù)就是選擇合適的路由器，使源主機(jī)運(yùn)輸層所傳下來(lái)的分組能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的路由器找到目的主機(jī)。

數(shù)據(jù)鏈路層屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的底層。數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要是兩種類型，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和廣播信道。信道，顧名思義，信息傳遞的通道。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。廣播信道使用一對(duì)多的廣播通信方式，因此過(guò)程相比點(diǎn)對(duì)點(diǎn)要復(fù)雜得多。廣播信道上的主機(jī)很多，為了協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送，必須使用專用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)。

在物理層上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是比特，物理層考慮的是怎么樣才能在鏈接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒介上傳輸數(shù)據(jù)的比特流，而不是指具體的傳輸媒介?？梢詫⑽锢韺拥闹饕蝿?wù)描述為確定與傳輸媒體的接口有關(guān)的一些特性。

為了方便理解這些結(jié)構(gòu)，舉個(gè)例子：假設(shè)主機(jī)A的應(yīng)用程序A1向主機(jī)B的應(yīng)用程序B1傳輸數(shù)據(jù)。A1先將數(shù)據(jù)交給主機(jī)A的應(yīng)用層，應(yīng)用層在數(shù)據(jù)前端加上必要的控制信息后，該數(shù)據(jù)就成了運(yùn)輸層的數(shù)據(jù)單元。運(yùn)輸層接收到這個(gè)數(shù)據(jù)單元后，再加上本層的控制信息，再交給網(wǎng)絡(luò)層變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元。到了數(shù)據(jù)鏈路層后，控制信息被分為兩部分，分別加到本層數(shù)據(jù)單元的首部和尾部，物理層是比特流傳送，不加任何控制信息。這一串比特流離開(kāi)主機(jī)A的物理層經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道傳送到路由器的時(shí)候，就從路由器的物理層經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層上傳到網(wǎng)絡(luò)層。每一層都是根據(jù)之前對(duì)應(yīng)層的控制信息進(jìn)行操作，然后再將控制信息剝?nèi)ィ瑢?shù)據(jù)上交到更高的一層。當(dāng)分組上升到網(wǎng)絡(luò)層是，就根據(jù)首部中的目的地址經(jīng)由路由器找到轉(zhuǎn)發(fā)分接口，然后再往下傳到數(shù)據(jù)鏈路層，加上新的首部和尾部后，再到物理層，然后在物理媒介上把信息一個(gè)比特一個(gè)比特的發(fā)送出去。當(dāng)這串比特流離開(kāi)路由器到達(dá)目的主機(jī)B時(shí)，就從主機(jī)B的第一層按照上面的方式，依次上傳到應(yīng)用層，最后把應(yīng)用進(jìn)程A1發(fā)送的數(shù)據(jù)交給主機(jī)B的應(yīng)用進(jìn)程B1。

但是任何事物都有兩面性，網(wǎng)絡(luò)在給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，也給我們帶來(lái)了一些負(fù)面影響。有人利用網(wǎng)絡(luò)散布不良信息，青少面沉迷網(wǎng)絡(luò)無(wú)法自拔而輟學(xué)；還有人利用網(wǎng)絡(luò)傳播病毒，給用戶和企業(yè)帶來(lái)?yè)p失；更有犯罪分子利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)做一些危害國(guó)家安全和人民財(cái)產(chǎn)等違法犯罪的事。因此，我們需要合理合法的利用網(wǎng)絡(luò)，才能發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的最大價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李鵬，張穎，張瓊，等.關(guān)于數(shù)字化的電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的探究[J].電子測(cè)試，2014，（ z1）：91-93.DOI：10.3969/j.issn.1000-8519.2014.z1.036.