淺析網(wǎng)絡通信

郭子赫

摘 要：我們所在的社會正在進行著第三次工業(yè)革命。以網(wǎng)絡化、信息化和數(shù)字化為特征的信息網(wǎng)絡時代無時無刻不在改變著我們的生活，我們在不知不覺中被影響著和改變著。計算機網(wǎng)絡是一個非常復雜的系統(tǒng)，為了便于管理和評價，網(wǎng)絡體系被劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層等幾個層次，也總結了許多性能指標和非性能指標對網(wǎng)絡進行評價。毫無疑問，復雜的網(wǎng)絡體系是數(shù)據(jù)通信的基礎。

關鍵詞：數(shù)據(jù)通信；計算機網(wǎng)絡；協(xié)議

一、信息時代的發(fā)展歷程

18世紀60年代蒸汽機的廣泛應用，人類社會被帶入了蒸汽時代；19世紀70電力的發(fā)展人類社會又被帶入了電氣時代；上世紀50年代以來，原子能、電子計算機、微電子技術、航天技術和生物學等領域的發(fā)展標志著科學技術的到來，人類社會被帶入了信息時代。這三次工業(yè)革命極大的解放了生產(chǎn)力，給人類社會帶來巨大的變革。

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

二、網(wǎng)絡的定義

那么什么是計算機網(wǎng)絡呢？

網(wǎng)絡是由各種結點和連接這些結點的鏈路組成。結點可以是計算機，也可以是交換機，也可以是路由器，當許多網(wǎng)絡相互連接起來，就形成了網(wǎng)絡的網(wǎng)絡，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)絡上的計算機組成。核心部分是由大量網(wǎng)絡和連接在這些網(wǎng)絡的路由器組成。路由器是實現(xiàn)分組交換的關鍵構件，它的任務就是轉發(fā)收到的分組。

那么什么又是分組呢？這得從網(wǎng)絡的信息傳遞的方式談起。

在早期的電信網(wǎng)絡中，那時候電話數(shù)量較少，電話可以實現(xiàn)兩兩相連，但是隨著電話數(shù)量的增加，若N部電話要實現(xiàn)兩兩相連就需要N（N-1）/2對電話線，這顯然是不可能的。此時出現(xiàn)了交換機，每一部電話都連接到交換機上，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看，每一次通話都必須經(jīng)過“建立連接-通話-釋放連接”這個過程，而這個過程中，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)了報文交換和分組交換。

我們把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為報文。把一個報文劃分為幾個分組進行通信的方式稱為分組交換。在發(fā)送報文之前把較長的報文劃分為一個個更小的數(shù)據(jù)段，并且在每個數(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，就構成了一個分組。每一個分組在網(wǎng)絡中獨立的傳輸，根據(jù)分組的首部中的控制信息傳送到目的地后再恢復原來的數(shù)據(jù)，這種交換方式稱為分組交換。毫無疑問，分組交換極大的提高了通信資源的利用率[1]。

三、網(wǎng)絡層次的劃分

網(wǎng)絡是極其復雜和龐大的，為了便于管理和研究[2]，網(wǎng)絡被劃分為幾個層次，在這里我們指的是網(wǎng)絡的五層協(xié)議的體系結構：應用層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層[3]。

應用層是計算機體系結構中的最高層，應用層的任務是通過應用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡應用。應用層協(xié)議定義的是應用進程間通信和交互的規(guī)則。

運輸層的任務就是負責向兩個主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務。我們說的進程就是主機中正在運行的程序。應用進程利用該服務傳輸應用層報文。我們這里說的通用并不是針對某個特定的網(wǎng)絡，而是多種應用可以使用同一個運輸層服務。

網(wǎng)絡層負責為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。網(wǎng)絡層把運輸層產(chǎn)生的報文或是用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組和包進行傳輸。網(wǎng)絡層的另外一個任務就是選擇合適的路由器，使源主機運輸層所傳下來的分組能夠通過網(wǎng)絡中的路由器找到目的主機。

數(shù)據(jù)鏈路層屬于計算機網(wǎng)絡的底層。數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要是兩種類型，點對點信道和廣播信道。信道，顧名思義，信息傳遞的通道。點對點信道使用一對一的點對點通信方式。廣播信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程相比點對點要復雜得多。廣播信道上的主機很多，為了協(xié)調(diào)這些主機的數(shù)據(jù)發(fā)送，必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(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算機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。可以將物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體的接口有關的一些特性。

為了方便理解這些結構，舉個例子：假設主機A的應用程序A1向主機B的應用程序B1傳輸數(shù)據(jù)。A1先將數(shù)據(jù)交給主機A的應用層，應用層在數(shù)據(jù)前端加上必要的控制信息后，該數(shù)據(jù)就成了運輸層的數(shù)據(jù)單元。運輸層接收到這個數(shù)據(jù)單元后，再加上本層的控制信息，再交給網(wǎng)絡層變?yōu)榫W(wǎng)絡層的數(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。這一串比特流離開主機A的物理層經(jīng)網(wǎng)絡的傳輸信道傳送到路由器的時候，就從路由器的物理層經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路層上傳到網(wǎng)絡層。每一層都是根據(jù)之前對應層的控制信息進行操作，然后再將控制信息剝?nèi)?，將?shù)據(jù)上交到更高的一層。當分組上升到網(wǎng)絡層是，就根據(jù)首部中的目的地址經(jīng)由路由器找到轉發(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比特一個比特的發(fā)送出去。當這串比特流離開路由器到達目的主機B時，就從主機B的第一層按照上面的方式，依次上傳到應用層，最后把應用進程A1發(fā)送的數(shù)據(jù)交給主機B的應用進程B1。

但是任何事物都有兩面性，網(wǎng)絡在給我們帶來便利的同時，也給我們帶來了一些負面影響。有人利用網(wǎng)絡散布不良信息，青少面沉迷網(wǎng)絡無法自拔而輟學；還有人利用網(wǎng)絡傳播病毒，給用戶和企業(yè)帶來損失；更有犯罪分子利用計算機網(wǎng)絡做一些危害國家安全和人民財產(chǎn)等違法犯罪的事。因此，我們需要合理合法的利用網(wǎng)絡，才能發(fā)揮網(wǎng)絡的最大價值。

參考文獻：

[1]陳錚，滕穎蕾，張勇，等.認知網(wǎng)絡概述[J].數(shù)字通信世界，2010，（5）：35-38.DOI：10.3969/j.issn.1672-7274.2010.05.007.

[2]袁潤澤.提高計算機網(wǎng)絡可靠性的方法初探[J].數(shù)碼世界，2017，（3）：76.DOI：10.3969/j.issn.1671-8313.2017.03.057.

[3]李鵬，張穎，張瓊，等.關于數(shù)字化的電信網(wǎng)絡技術的探究[J].電子測試，2014，（ z1）：91-93.DOI：10.3969/j.issn.1000-8519.2014.z1.036.