浅析网络通信

郭子赫

摘 要：我们所在的社会正在进行着第三次工业革命。以网络化、信息化和数字化为特征的信息网络时代无时无刻不在改变着我们的生活，我们在不知不觉中被影响着和改变着。计算机网络是一个非常复杂的系统，为了便于管理和评价，网络体系被划分为物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层等几个层次，也总结了许多性能指标和非性能指标对网络进行评价。毫无疑问，复杂的网络体系是数据通信的基础。

关键词：数据通信；计算机网络；协议

一、信息时代的发展历程

18世纪60年代蒸汽机的广泛应用，人类社会被带入了蒸汽时代；19世纪70电力的发展人类社会又被带入了电气时代；上世纪50年代以来，原子能、电子计算机、微电子技术、航天技术和生物学等领域的发展标志着科学技术的到来，人类社会被带入了信息时代。这三次工业革命极大的解放了生产力，给人类社会带来巨大的变革。

在第三次工业革命早期，人们口中的网络指的是“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。顾名思义，电信网络主要应用于电话和电报等电信领域；有线电视网络主要为人们提供各种电视节目；计算机网络是我们最熟悉的网络，人们可以通过计算机网络传输数据文件，也可以在网络上查找各种资料。随着技术的发展，出现了“三网”合一的趋势，即电信网络和有线电视网络逐渐融入了计算机网络。上世纪90年代，以因特网为代表的计算机飞速发展，因特网至今都在改变着我们的生活。当今的我们已经离不开计算机网络，离不开因特网。

二、网络的定义

那么什么是计算机网络呢？

网络是由各种结点和连接这些结点的链路组成。结点可以是计算机，也可以是交换机，也可以是路由器，当许多网络相互连接起来，就形成了网络的网络，即联网。

因特网由边缘部分和核心部分两部分组成。边缘部分主要包括所有连接在网络上的计算机组成。核心部分是由大量网络和连接在这些网络的路由器组成。路由器是实现分组交换的关键构件，它的任务就是转发收到的分组。

那么什么又是分组呢？这得从网络的信息传递的方式谈起。

在早期的电信网络中，那时候电话数量较少，电话可以实现两两相连，但是随着电话数量的增加，若N部电话要实现两两相连就需要N（N-1）/2对电话线，这显然是不可能的。此时出现了交换机，每一部电话都连接到交换机上，让电话用户之间可以较为方便的通话。这种方式称为电路交换。从通信资源分配的角度来看，每一次通话都必须经过“建立连接-通话-释放连接”这个过程，而这个过程中，通信资源一直都被占用。很明显这种方案并不高效，为了提高资源的利用率，出现了报文交换和分组交换。

我们把要传输的数据称为报文。把一个报文划分为几个分组进行通信的方式称为分组交换。在发送报文之前把较长的报文划分为一个个更小的数据段，并且在每个数据段前面加上一些必要的控制信息，这些控制信息称为首部，就构成了一个分组。每一个分组在网络中独立的传输，根据分组的首部中的控制信息传送到目的地后再恢复原来的数据，这种交换方式称为分组交换。毫无疑问，分组交换极大的提高了通信资源的利用率[1]。

三、网络层次的划分

网络是极其复杂和庞大的，为了便于管理和研究[2]，网络被划分为几个层次，在这里我们指的是网络的五层协议的体系结构：应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层[3]。

应用层是计算机体系结构中的最高层，应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。

运输层的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。我们说的进程就是主机中正在运行的程序。应用进程利用该服务传输应用层报文。我们这里说的通用并不是针对某个特定的网络，而是多种应用可以使用同一个运输层服务。

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层把运输层产生的报文或是用户数据报封装成分组和包进行传输。网络层的另外一个任务就是选择合适的路由器，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。

数据链路层属于计算机网络的底层。数据链路层使用的信道主要是两种类型，点对点信道和广播信道。信道，顾名思义，信息传递的通道。点对点信道使用一对一的点对点通信方式。广播信道使用一对多的广播通信方式，因此过程相比点对点要复杂得多。广播信道上的主机很多，为了协调这些主机的数据发送，必须使用专用的共享信道协议来协调。

在物理层上传输的数据单位是比特，物理层考虑的是怎么样才能在链接各种计算机的传输媒介上传输数据的比特流，而不是指具体的传输媒介。可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性。

为了方便理解这些结构，举个例子：假设主机A的应用程序A1向主机B的应用程序B1传输数据。A1先将数据交给主机A的应用层，应用层在数据前端加上必要的控制信息后，该数据就成了运输层的数据单元。运输层接收到这个数据单元后，再加上本层的控制信息，再交给网络层变为网络层的数据单元。到了数据链路层后，控制信息被分为两部分，分别加到本层数据单元的首部和尾部，物理层是比特流传送，不加任何控制信息。这一串比特流离开主机A的物理层经网络的传输信道传送到路由器的时候，就从路由器的物理层经过数据链路层上传到網络层。每一层都是根据之前对应层的控制信息进行操作，然后再将控制信息剥去，将数据上交到更高的一层。当分组上升到网络层是，就根据首部中的目的地址经由路由器找到转发分接口，然后再往下传到数据链路层，加上新的首部和尾部后，再到物理层，然后在物理媒介上把信息一个比特一个比特的发送出去。当这串比特流离开路由器到达目的主机B时，就从主机B的第一层按照上面的方式，依次上传到应用层，最后把应用进程A1发送的数据交给主机B的应用进程B1。

但是任何事物都有两面性，网络在给我们带来便利的同时，也给我们带来了一些负面影响。有人利用网络散布不良信息，青少面沉迷网络无法自拔而辍学；还有人利用网络传播病毒，给用户和企业带来损失；更有犯罪分子利用计算机网络做一些危害国家安全和人民财产等违法犯罪的事。因此，我们需要合理合法的利用网络，才能发挥网络的最大价值。

参考文献：

[1]陈铮，滕颖蕾，张勇，等.认知网络概述[J].数字通信世界，2010，（5）：35-38.DOI：10.3969/j.issn.1672-7274.2010.05.007.

[2]袁润泽.提高计算机网络可靠性的方法初探[J].数码世界，2017，（3）：76.DOI：10.3969/j.issn.1671-8313.2017.03.057.

[3]李鹏，张颖，张琼，等.关于数字化的电信网络技术的探究[J].电子测试，2014，（ z1）：91-93.DOI：10.3969/j.issn.1000-8519.2014.z1.036.