淺析網絡通信

郭子赫

摘 要：我們所在的社會正在進行著第三次工業革命。以網絡化、信息化和數字化為特征的信息網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。計算機網絡是一個非常復雜的系統，為了便于管理和評價，網絡體系被劃分為物理層、數據鏈路層、網絡層、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絡進行評價。毫無疑問，復雜的網絡體系是數據通信的基礎。

關鍵詞：數據通信；計算機網絡；協議

一、信息時代的發展歷程

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。這三次工業革命極大的解放了生產力，給人類社會帶來巨大的變革。

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

二、網絡的定義

那么什么是計算機網絡呢？

網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，當許多網絡相互連接起來，就形成了網絡的網絡，即聯網。

因特網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絡上的計算機組成。核心部分是由大量網絡和連接在這些網絡的路由器組成。路由器是實現分組交換的關鍵構件，它的任務就是轉發收到的分組。

那么什么又是分組呢？這得從網絡的信息傳遞的方式談起。

在早期的電信網絡中，那時候電話數量較少，電話可以實現兩兩相連，但是隨著電話數量的增加，若N部電話要實現兩兩相連就需要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，出現了報文交換和分組交換。

我們把要傳輸的數據稱為報文。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。在發送報文之前把較長的報文劃分為一個個更小的數據段，并且在每個數據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。每一個分組在網絡中獨立的傳輸，根據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據，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、網絡層次的劃分

網絡是極其復雜和龐大的，為了便于管理和研究[2]，網絡被劃分為幾個層次，在這里我們指的是網絡的五層協議的體系結構：應用層、運輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層[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絡應用。應用層協議定義的是應用進程間通信和交互的規則。

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據傳輸服務。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絡，而是多種應用可以使用同一個運輸層服務。

網絡層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務。網絡層把運輸層產生的報文或是用戶數據報封裝成分組和包進行傳輸。網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絡中的路由器找到目的主機。

數據鏈路層屬于計算機網絡的底層。數據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，為了協調這些主機的數據發送，必須使用專用的共享信道協議來協調。

在物理層上傳輸的數據單位是比特，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據的比特流，而不是指具體的傳輸媒介?？梢詫⑽锢韺拥闹饕蝿彰枋鰹榇_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傳輸數據。A1先將數據交給主機A的應用層，應用層在數據前端加上必要的控制信息后，該數據就成了運輸層的數據單元。運輸層接收到這個數據單元后，再加上本層的控制信息，再交給網絡層變為網絡層的數據單元。到了數據鏈路層后，控制信息被分為兩部分，分別加到本層數據單元的首部和尾部，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的物理層經網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過數據鏈路層上傳到網絡層。每一層都是根據之前對應層的控制信息進行操作，然后再將控制信息剝去，將數據上交到更高的一層。當分組上升到網絡層是，就根據首部中的目的地址經由路由器找到轉發分接口，然后再往下傳到數據鏈路層，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發送的數據交給主機B的應用進程B1。

但是任何事物都有兩面性，網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。有人利用網絡散布不良信息，青少面沉迷網絡無法自拔而輟學；還有人利用網絡傳播病毒，給用戶和企業帶來損失；更有犯罪分子利用計算機網絡做一些危害國家安全和人民財產等違法犯罪的事。因此，我們需要合理合法的利用網絡，才能發揮網絡的最大價值。

參考文獻：

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

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

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