計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
計(jì)算機(jī)自誕生伊始,經(jīng)歷了一系列演變與發(fā)展。大型通用機(jī)計(jì)算機(jī)、超級計(jì)算機(jī)寄猩、小型機(jī)嫉晶、個(gè)人電腦、工作站田篇、便攜式電以及現(xiàn)如今的智能手機(jī)終端都是這一過程的產(chǎn)物替废。它們性能逐年增強(qiáng),價(jià)格卻逐年下降,機(jī)體規(guī)模也在逐漸變小。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,人們不再局限于單機(jī)模式,而是將一個(gè)個(gè)計(jì)算機(jī)連接在一起,形成一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)泊柬。從而實(shí)現(xiàn)信息共享,同事在能在兩臺(tái)物理位置較遠(yuǎn)的機(jī)器之間即時(shí)傳遞消息椎镣。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)規(guī)模可以分為WAN(Wide Area Network,廣域網(wǎng))和LAN(Local Area Network,局域網(wǎng))兽赁。
將有業(yè)務(wù)往來的計(jì)算機(jī)連在一起便組成了私有網(wǎng)絡(luò),將多個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)連接一起就成了為公眾使用的互聯(lián)網(wǎng)状答。
隨著互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)性地發(fā)展與普及,信息網(wǎng)絡(luò)如同我們身邊的空氣,觸手可及。但是在以前,對一般人來說使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)都不是那么容易的事情刀崖。
計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)大致可以分為7個(gè)階段:
互聯(lián)網(wǎng)是由許多獨(dú)立發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)融合而成惊科。能夠使它們之間不斷融合并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的正是TCP/IP技術(shù)。
那什么是TCP/IP呢?
TCP/IP是通信協(xié)議的統(tǒng)稱亮钦。
那什么是協(xié)議呢?
協(xié)議
協(xié)議的必要性
協(xié)議就是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信事先達(dá)成的一種“約定”馆截。這種“約定”使那些由不同廠商的設(shè)備、不同的CPU以及不同的操作系統(tǒng)組成的計(jì)算機(jī)之間蜂莉，只要遵循相同的協(xié)議就能夠?qū)崿F(xiàn)通信蜡娶。反之，如果使用的協(xié)議不同映穗，就無法通信窖张。
計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要相互通信，雙方就必須基于相同的方法蚁滋。比如荤堪，如何探測到通信目標(biāo)合陵、由哪一邊先發(fā)起通信、使用哪種語言進(jìn)行通信澄阳、怎樣結(jié)束通信等規(guī)則都需要事先確定拥知。不同的硬件、操作系統(tǒng)之間的通信碎赢，所有的這一切都需要一種規(guī)則低剔。而我們就把這種規(guī)則稱為協(xié)議（protocol）。
協(xié)議中存在各式各樣的內(nèi)容肮塞。從電纜的規(guī)格到 IP 地址的選定方法襟齿、尋找異地用戶的方法、雙方建立通信的順序枕赵，以及 Web 頁面顯示需要處理的步驟猜欺，等等。
像這樣把與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的協(xié)議集合起來總稱為 TCP/IP拷窜。也有說法認(rèn)為开皿，TCP/IP 是指 TCP 和 IP 這兩種協(xié)議。還有一種說法認(rèn)為篮昧，TCP/ IP 是在 IP 協(xié)議的通信過程中赋荆，使用到的協(xié)議族的統(tǒng)稱。
分組交換 是將大數(shù)據(jù)分割為一個(gè)個(gè)叫做包（Packet）的較小單位進(jìn)行傳輸?shù)姆椒ò米颉＿@里所說的包窄潭，就如同我們平常在郵局里見到的郵包。分組交換就是將大數(shù)據(jù)分裝為一個(gè)個(gè)這樣的郵包交給對方酵颁。
協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化
在計(jì)算機(jī)通信誕生之初,系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化并未得到足夠的重視嫉你。因此不同廠商的設(shè)備,由于支持的協(xié)議不同,仍然無法實(shí)現(xiàn)正常的通信。
就好比語言交流:
隨著計(jì)算機(jī)重要性的不斷提高,很多公司開始逐漸意思是兼容性的重要意義躏惋。
為了解決上述問題,ISO組織制定了一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)OSI,對通信系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化均抽。
現(xiàn)在OSI所定義的協(xié)議雖然并沒有得到普及,但是在OSI協(xié)議設(shè)計(jì)之初作為其指導(dǎo)方針的OSI參考模型卻常被用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制定當(dāng)中。
TCP/IP并非是ISO定制的國際標(biāo)準(zhǔn),而是由IETF所致力與推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的一種協(xié)議∑涞啵現(xiàn)在也作為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),儼然已成為全世界所廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議油挥。
協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使得所有遵循標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的設(shè)備不再因計(jì)算機(jī)硬件或操作系統(tǒng)的差異而無法通信。因此,協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及款熬。
協(xié)議分層
ISO在制定標(biāo)準(zhǔn)化OSI之前,對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題進(jìn)行了充分的討論并提出了作為通信協(xié)議涉及指標(biāo)的OSI參考模型深寥。這一模型將通信協(xié)議中的必要功能分成了7層。
** 為什么要分層呢?**
如果互聯(lián)網(wǎng)只由一個(gè)協(xié)議統(tǒng)籌贤牛，某個(gè)地方需要改變設(shè)計(jì)時(shí)惋鹅，就必須把所有部分整體替換掉。而分層之后只需把變動(dòng)的層替換掉即可殉簸。把各層之間的接口部分規(guī)劃好之后闰集，每個(gè)層次內(nèi)部的設(shè)計(jì)就能夠自由改動(dòng)了沽讹。
值得一提的是，層次化之后武鲁，設(shè)計(jì)也變得相對簡單了爽雄。處于應(yīng)用層上的應(yīng)用可以只考慮分派給自己的任務(wù)，而不需要弄清對方在地球上哪個(gè)地方沐鼠、對方的傳輸路線是怎樣的挚瘟、是否能確保傳輸送達(dá)等問題。
協(xié)議分層就如同計(jì)算機(jī)軟件中的模塊化開發(fā)
舉個(gè)打電話的例子:
OSI參考模型
OSI參考模型中每個(gè)層的作用：
1.物理層(Physical Layer)
物理層位于 OSI 參考模型的最低層,它直接面向原始比特流的傳輸饲梭。為了實(shí)現(xiàn)原始比特流的物理傳輸,物理層必須解決好包括傳輸介質(zhì)乘盖、信道類型、數(shù)據(jù)與信號之間的轉(zhuǎn)換憔涉、信號傳輸中的衰減和噪聲等在內(nèi)的一系列問題订框。另外,物理層標(biāo)準(zhǔn)要給出關(guān)于物理接口的機(jī)械、 電氣兜叨、功能和規(guī)程特性,以便于不同的制造廠家既能夠根據(jù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)各自獨(dú)立地制造設(shè)備,又能使各個(gè)廠家的產(chǎn)品能夠相互兼容穿扳。
2.數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)
在物理層發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程中,會(huì)出現(xiàn)一些物理層自己不能解決的問題。例如, 當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)試圖在一條線路上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)該如何處理?節(jié)點(diǎn)如何知道它所接收的數(shù)據(jù) 是否正確?如果噪聲改變了一個(gè)分組的目標(biāo)地址,節(jié)點(diǎn)如何察覺它丟失了本應(yīng)收到的分組呢?這些都是數(shù)據(jù)鏈路層所必須負(fù)責(zé)的工作浪腐。
數(shù)據(jù)鏈路層涉及相鄰節(jié)點(diǎn)之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)鏈路層通過加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能,使之對網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一條無錯(cuò)線路纵揍。為了能夠?qū)崿F(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)之間無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳送,數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供了確認(rèn)顿乒、差錯(cuò)控制和流量控制等機(jī)制议街。
3.網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)
網(wǎng)絡(luò)中的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí),中間可能要經(jīng)過許多中間結(jié)點(diǎn)甚至不同的通信子網(wǎng)。 網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是在通信子網(wǎng)中選擇一條合適的路徑,使發(fā)送端傳輸層所傳下來的數(shù)據(jù)能 夠通過所選擇的路徑到達(dá)目的端璧榄。
為了實(shí)現(xiàn)路徑選擇,網(wǎng)絡(luò)層必須使用尋址方案來確定存在哪些網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備在這些網(wǎng)絡(luò)中所處的位置,不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議所采用的尋址方案是不同的特漩。在確定了目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的位置后, 網(wǎng)絡(luò)層還要負(fù)責(zé)引導(dǎo)數(shù)據(jù)包正確地通過網(wǎng)絡(luò),找到通過網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑,即路由選擇。如果子網(wǎng)中同時(shí)出現(xiàn)過多的分組,它們將相互阻塞通路并可能形成網(wǎng)絡(luò)瓶頸,所以網(wǎng)絡(luò)層還需要提供擁塞控制機(jī)制以避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)骨杂。另外,網(wǎng)絡(luò)層還要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連問題涂身。
4.傳輸層(Transport Layer)
傳輸層是 OSI 七層模型中唯一負(fù)責(zé)端到端節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸和控制功能的層。傳輸層是 OSI 七層模型中承上啟下的層,它下面的三層主要面向網(wǎng)絡(luò)通信,以確保信息被準(zhǔn)確有效地傳輸;它上面的三個(gè)層次則面向用戶主機(jī),為用戶提供各種服務(wù)搓蚪。
傳輸層通過彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量的不足,為會(huì)話層提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)蛤售。它為會(huì)話層屏蔽了傳輸層以下的數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié),使會(huì)話層不會(huì)受到下三層技術(shù)變化的影響。但同時(shí),它又依靠下面的三個(gè)層次控制實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)通信操作,來完成數(shù)據(jù)從源到目標(biāo)的傳輸妒潭。傳輸層為了向會(huì)話層提供可靠的端到端傳輸服務(wù),也使用了差錯(cuò)控制和流量控制等機(jī)制悴能。
5.會(huì)話層(Session Layer)
會(huì)話層的功能是在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間建立、維護(hù)和釋放面向用戶的連接雳灾。它是在傳輸連接的基礎(chǔ)上建立會(huì)話連接,并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換管理,允許數(shù)據(jù)進(jìn)行單工漠酿、半雙工和全雙工的傳送。會(huì)話層提供了令牌管理和同步兩種服務(wù)功能谎亩。
6.表示層(Presentation Layer)
表示層以下的各層只關(guān)心可靠的數(shù)據(jù)傳輸,而表示層關(guān)心的是所傳輸數(shù)據(jù)的語法和語義炒嘲。它主要涉及處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)之間所交換信息的表示方式,包括數(shù)據(jù)格式變換宇姚、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能夫凸。
7.應(yīng)用層(Application Layer)
應(yīng)用層是 OSI 參考模型的最高層,負(fù)責(zé)為用戶的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)浑劳。與 OSI 其他層不同的是,它不為任何其他 OSI 層提供服務(wù),而只是為 OSI 模型以外的應(yīng)用程序提供服務(wù)。包括為相互通信的應(yīng)用程序或進(jìn)行之間建立連接寸痢、進(jìn)行同步,建立關(guān)于錯(cuò)誤糾正和控 制數(shù)據(jù)完整性過程的協(xié)商等呀洲。應(yīng)用層還包含大量的應(yīng)用協(xié)議,如分布式數(shù)據(jù)庫的訪問、文件的交換啼止、電子郵件道逗、虛擬終端等。
許多通信協(xié)議,都對應(yīng)了OSI參考模型7個(gè)分層中的某層献烦。通過這一點(diǎn),可以大致了解該協(xié)議在整個(gè)通信功能中的位置和作用滓窍。
舉個(gè)例子：假設(shè)主機(jī)A的用戶A要給主機(jī)B的用戶B發(fā)送一封電子郵件：
發(fā)送方從第7層、第6層到第1層由上至下按照順序傳輸數(shù)據(jù)巩那，而接收端則從第1層吏夯、第2層到第7層由下至上向每個(gè)上一級分層傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)分層上即横，在處理由上一層傳過來的數(shù)據(jù)時(shí)可以附上當(dāng)前分層的協(xié)議所必須的“首部”信息噪生。然后接收端對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)“首部”與“內(nèi)容”的分離，再轉(zhuǎn)發(fā)給上一分層东囚，并最終將發(fā)送端的數(shù)據(jù)恢復(fù)為原狀跺嗽。
傳輸方式的分類
網(wǎng)絡(luò)與通信中可以根據(jù)其數(shù)據(jù)發(fā)送方法進(jìn)行多種分類。
- 面向連接與面向無連接
2.電路交換與分組交換
3.根據(jù)接收端數(shù)量來分
地址
通信傳輸中,發(fā)送端和接收端都可以被視作通訊主體页藻。它們都能由一個(gè)所謂的"地址"的信息標(biāo)識(shí)出來桨嫁。比如打電話,電話號碼就是"地址",比如寄快遞,家庭住址就是"地址"。
在TCP/IP通信中使用MAC地址,IP地址,端口號等信息作為地址標(biāo)識(shí)份帐。甚至在應(yīng)用層中可以將電子郵件地址作為網(wǎng)絡(luò)通信的地址璃吧。
地址具有唯一性
當(dāng)?shù)刂房倲?shù)多時(shí),需要有層次性來快速定位。
網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素
搭建一套網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要涉及到各種各樣的電纜和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備废境。
- 數(shù)據(jù)鏈路與通信媒介
計(jì)算機(jī)之間通過電纜相互連接畜挨。電纜可以分為多種,包括雙絞線電纜、光纖電纜噩凹、同軸電纜巴元、串行電纜等。而媒介本身也可以被劃分為電波栓始、微波等不同類型的電磁波务冕。
- 網(wǎng)卡
計(jì)算機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)時(shí),必須要使用網(wǎng)卡,也被稱作網(wǎng)絡(luò)適配器、LAN卡幻赚。
- 中繼器
- 網(wǎng)橋
位于OSI模型中的第二層--數(shù)據(jù)鏈路層上連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備禀忆。
- 路由器
路由器位于第三層--網(wǎng)絡(luò)層上連接兩個(gè)設(shè)備臊旭、并對分組保溫進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備。
網(wǎng)橋是根據(jù)MAC地質(zhì)處理的,路由器是根據(jù)IP地址進(jìn)行處理的箩退。
4~7層交換機(jī)
負(fù)責(zé)處理OSI模型中從傳輸層至應(yīng)用層的數(shù)據(jù)离熏。用TCP/IP來表述的話,就是以TCP/IP等協(xié)議的傳輸層及其上面的應(yīng)用層為基礎(chǔ),分析首發(fā)數(shù)據(jù),并對其進(jìn)行特定的處理。
主要功能:負(fù)載均衡器,帶寬控制,廣域網(wǎng)加速器,特殊應(yīng)用訪問加速,及防火墻等戴涝。網(wǎng)關(guān)
舉個(gè)例子:電腦跟手機(jī)郵件有時(shí)候會(huì)不兼容,需要網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)換
有時(shí)候?yàn)榱丝刂屏髁炕虮ＷC安全,會(huì)有代理服務(wù)器,防火墻等都是網(wǎng)關(guān)的一種滋戳。
比如谷歌被墻啊:
現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)實(shí)態(tài)
看圖吧:
來個(gè)總結(jié):
學(xué)習(xí)TCP/IP知識(shí)前需要先了解下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的背景及發(fā)展階段,了解矛盾才能明白出現(xiàn)TCP/IP的必然性。
另外我們知道想要通信需要先遵守協(xié)議,為了更好的互聯(lián),要推動(dòng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化,然后標(biāo)準(zhǔn)化又促進(jìn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展啥刻。
然后為了簡便,談到了協(xié)議的分層從而出現(xiàn)了OSI參考模型,知道了各層的分類及作用后,我們再看看現(xiàn)實(shí)生活中的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及應(yīng)用實(shí)態(tài)奸鸯。
