計算機網路好比一個人的神經系統,一個人身上的所有感覺都經由神經系統傳遞到大腦,與之類似,世界各地的資訊也通過網路傳遞到每一個人的計算機上。

一、計算機網路發展的7個階段

年代 內容
20世紀50年代 批處理時代
20世紀60年代 分時系統時代
20世紀70年代 計算機通訊時代
20世紀80年代 計算機網路時代
20世紀90年代 計算機普及時代
2000年 以網際網路為中心時代
2010年 無論何時何地一切皆為TCP/IP網路時代

1.批處理

指的是先將使用者程式和資料裝入卡帶或磁帶,並由計算機按照一定的順序讀取,使使用者所要執行的這些程式和資料能夠一併批量得到處理。

2.分時系統

指的是多個終端與同一計算機連線,允許多個使用者同時使用一臺計算機的系統。實現了“一人一機”的目的,讓使用者感覺好像完全是自己一個人在用計算機,體現了“獨佔性”
分時系統中每個終端與計算機之間使用通訊線路連線形成一個星形結構,正是這一時期開始,網路與計算機的關係逐漸出現。

3.計算機之間的通訊

在計算機之間通訊技術誕生之前,要想將一臺計算機上的資料轉移到另一臺計算機上的過程是相當繁瑣的,需要將資料儲存到磁碟、軟盤等外部儲存介質中,再將這些介質送到目的計算機才能實現資料轉儲。

有了計算機通訊技術,人們能夠輕鬆地即時處理另一臺計算機中的資料,從而極大地縮短了傳送資料的時間。

4.計算機網路的產生

20世紀70年代,人們開始實驗基於分組交換技術的計算機網路,並著手研究不同廠商的計算機之間相互通訊的技術。到了80年代,一種能夠互聯多個計算機的網路產生,可以實現各式各樣的計算的相互連線,從大型的超級計算機到小型的個人電腦。

其中,視窗系統的發明更是拉近了人們與網路之間的距離,有了視窗系統,使用者不僅可以同時執行多個程式,還能在多個程式之間自由切換。例如,邊在網上查詢資料,邊通過郵箱傳送訊息。

5.網際網路的普及

20世紀90年代,只有專注於資訊處理的公司才配備了計算機,形成了“一人一機”的環境,但是成本很高,也遇到了很多的新問題。
後來,提出了“瘦身”、“多供應商連線”,目的在於通過連線不同廠商的計算機建立一個成本更低的網路環境。

瘦身:個人電腦和UNIX工作站的流行,導致那些曾經在大型主機上才能執行的公司核心業務系統被轉移到“輕量級”的個人電腦和UNIX工作站上執行,不論是從機體規模還是從成本上都有“瘦身減負”之意。

多供應商連線:指將各種軟硬體供應商的產品組合起來搭建的網站。

6.以網際網路技術為中心的時代

許多發展道路各不相同的網路技術也都正在向網際網路考慮,例如:曾經一直作為通訊基礎設施、支撐通訊網路的電話網,隨著網際網路的快速發展,其地位也隨著時間的推移為IP網所取代,而IP網就是網際網路技術的產物。

7.從“單純連線”到“安全建立連線”

在網際網路普及的初期,人們更關注單純的連線性,以不受任何限制地建立網際網路為最終目的。正如事情都具有兩面性,網際網路的便捷性給人們帶來了負面問題,計算機病毒的侵害、資訊洩露、網路欺詐等利用網際網路的犯罪行為日益增多

人們已不再滿足“單純建立連線”,而是追求“安全建立連線”的目標。

二、協議

1.協議的理解

簡單來說,協議就是計算機與計算機之間通過網路實現時事先達成的一種“約定”。這種“約定”使得不同的廠商的裝置、不同的CPU以及不同的作業系統組成的計算機之間,只要遵循相同的協議就能夠實現通訊。反之,如果實現的協議不同,就不能實現通訊。

2.協議的分層

OSI參考模型將通訊協議分為7層,通過這些分層,使得那些比較複雜的網路協議更加簡單化。在這一模型中,每個分層都接收由他下一層所提供的特定服務,並且負責為自己的上一層提供特定的服務。上下層之間進行互動時所遵循的約定叫做“介面”,同一層之間的互動遵循的叫做“協議”

協議分層如計算機軟體中的模組開發,分層可以將每個分層獨立使用,即使系統中某些分層發生變化,也不會影響到整個系統。

優點:通過分層能夠細分通訊功能,更易於單獨實現每個分層的協議,並界定各個分層的具體責任和義務。
缺點:過於模組化,使處理變得更加沉重,每個模組不得不實現相似的處理邏輯的問題。

三、OSI參考模型

OSI參考模型

1.物理層

負責0、1位元流與電壓的高低、光的閃面之間的互換。

2.資料鏈路層

負責物理層面上的互聯、節點之間的通訊傳輸。將0、1序列劃分為具有意義的資料幀傳送給對端。

3.網路層

將資料傳輸到目標地址。目標地址可以是多個網路通過路由器連線上而成的某一個地址。因此,這一層主要負責定址和路由選擇

4.傳輸層

起著可靠傳輸的作用。只在通訊雙方節點上進行處理,而無需在路由器上處理。

5.會話層

負責建立和斷開通訊連線,以及資料的分割資料傳輸相關的管理。

6.表示層

將應用處理的資訊轉換為適合網路傳輸的格式,或者將來自下一層的資料轉換為上層能夠處理的格式。因此主要負責資料格式的轉換

具體的說,就是將裝置固有的資料格式轉換為網路標準傳輸格式。不同裝置對於同一位元流解釋的結果可能會不同。因此,使它們保持一致是這一層主要的作用。

7.應用層

為應用程式提供服務並規定應用程式中通訊相關的細節。包括檔案的傳輸、電子郵件、遠端登入等協議。

四、傳輸方式的分類

1.面向連線型和麵向無連線型

面向連線型

在傳送資料前,需要在收發主機之間建立一條通訊線路。

面向無連線型

不要求建立和斷開連線,傳送端可於任何時候自由傳送資料。在面向無連線的通訊中,不需要確認對端是否存在。即使接收端不存在或無法接受資料,傳送端也能將資料傳送出去。

2.電路轉換和分組轉換

電路轉換

由分組轉換機(路由器)連線通訊線路。

分組交換的大致過程是:傳送端計算機將資料傳送給路由器,路由器收到這些分組資料以後,快取到自己的緩衝區,然後再轉發給目的計算機。最多隻能有兩臺計算機。

分組轉換

路由器接收到資料後,將要傳送的資料分成多個數據包,按照順序快取到相應的佇列中,再以先進先出的順序將它們逐一發送出去。有了分組交換,資料被細分,所有的計算機就可以一起收發資料,提高通訊線路的利用率。

分組交換中,計算機與路由器之間以及路由器與路由器之間通常只有一條通訊線路,可以讓多個使用者實現通訊。

3.根據接收端數量分類

單播

1對1通訊,例如固定電話。

廣播

將訊息從1臺主機上傳送到與之相連的其他主機,例如電視播放,將電視訊號一齊發送給非特定的多個接收物件。
進行廣播通訊的計算機有它們的廣播範圍,只有在這個範圍內的計算機才能收到相應的廣播資訊,這個範圍叫做“廣播域”。

多播

多播與廣播類似,也是將訊息傳送給多個接收主機,不同在於多播要限定某一組主機作為接收端。

任播

從目標主機中選擇一臺最符合條件的主機作為目標主機發送訊息。通常,所被選中的那臺特定主機將返回一個單播訊號,隨後傳送端主機會只與該主機進行通訊。

五、地址

地址具有唯一性、層次性。唯一性可以避免產生歧義,明確接受物件,層次性可以高效地從中找出通訊的目標地址。

其中,MAC地址和IP地址標識一個通訊主體時都具有唯一性,但是只有IP地址具有層次性。MAC地址由裝置的製造廠商對每塊網絡卡進行分別指定。人們可以通過製造商識別號、製造商內部產品編號以及產品通用編號確保MAC地址的唯一性

雖然MAC地址製造商識別號、製造商內部產品編號以及產品通用編號在某種程度上確保MAC的層次性,但對於尋找地址沒有起到任何作用,所以不能算是有層次性的地址。實際過程中,IP地址必不可少。

IP地址是如何實現分層的?IP地址由網路號和主機號組成。通常,同處於一個網段的主機也屬於同一個部門或集團組織,以及網路號相同的主機在組織結構、提供商型別和地域分佈上都比較集中。

網路傳輸過程中,每個節點會根據分組資料的地址資訊,來判斷報文應該由哪個網絡卡發出去。為此,每個地址會參考一個發出介面列表。MAC定址中所參考的表做地址轉發表IP地址所參考的叫做路由控制表。MAC地址轉發表中所記錄的是實際的MAC地址本身,而路由器表中記錄的是IP地址則是集中之後的網路號

地址轉發表和路由控制表不需要手動設定,是自動生成的。地址轉發表根據自學自動產生,路由控制表根據路由協議自動產生。

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