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[网络协议]TCP/IP(一)网络基础知识

一、计算机网络出现的背景

1.1.计算机的普及与多样化

计算机正对我们的社会与生活产生着不可估量的影响。现如今,计算机已应用于各种各样的领域,以至于有人说“20世纪最伟大的发明就是计算机”。计算机不仅被广泛引入到办公室、工厂、学校、教育机关以及实验室等场所,就连在家里使用个人电脑也已是普遍现象。同时,笔记本电脑、平板电脑、手机终端(智能手机)等便携设备的持有人群也日益增多,甚至外观上一点都不像计算机的家用电器、音乐播放器、办公电器、汽车等设备中,一般也会内置一个小型的芯片,使这些设备具有相应的计算机控制功能。在不经意间,我们的工作生活已与计算机紧密相连。而且我们所使用的计算机和带有内置计算机的设备当中,绝大多数都具有联网功能。

计算机自诞生伊始,经历了一系列演变与发展。大型通用计算机、超级计算机、小型机、个人电脑、工作站、便携式电脑以及现如今的智能手机终端等都是这一过程的产物。他们的性能逐年增强,价格却逐年下降,机体规模也正在逐渐变小。

1.2.从独立模式到网络互联模式

起初,计算机以单机模式被广泛使用(这种方式也叫独立模式)。然而随着计算机的不断发展,人们已不再局限于单机模式,而是将一个个计算机连接在一起,形成一个计算机网络。连接多台计算机可以实现信息共享,同时还能在两台物理位置较远的机器之间即时传递信息。

计算机网络根绝其规模可分为WAN(Wide Area Network,广域网)和LAN(Local Area Network,局域网)。

1.3.从计算机通信到信息通信

最初,由管理员将特定的几台计算机相连在一起形成计算机网络。例如,将同一公司、同一实验室所持有的计算机连接在一起,或是将有业务往来的企业之间的计算机相连在一起。总而言之,形成的是一种私有的网络。
随着这种私有网络的不断发展,人们开始尝试将多个私有网路相互连接组成更大的私有网络。这种网络又逐渐发展演变成为互联网为公众所使用,在这个过程中,网络环境俨然已发生了戏剧性的变化。
连接到互联网以后,计算机之间的通信已不再局限于公司或部门内部,而是能够与互联网中的任何一台计算机进行通信。互联网作为一门新兴技术,极大地丰富了当时以电话、邮政以及传真为主的通信手段,逐渐被人们所接受。
此后,人们不断研发各种互联网接入技术,使用各种五花八门的通信终端都能够连接到互联网,使互联网成为了一个世界级规模的计算机网络,形成了现在这种综合通信环境。

1.4.计算机网络的作用

计算机网络好比一个人的神经系统。一个人身体上的所有感觉都经由神经传递到大脑。与之类似,世界各地的信息也通过网络传递到每个人的计算机当中。
随着互联网爆发性地发展与普及,信息网络已随处可见。社团成员、学校同窗之间可以通过邮件组、主页、BBS论坛相互联系,甚至可以通过网络日志、聊天室、即时通信以及SNS实现互联与信息交互。
信息网络如同我们身边的空气,触手可及。然而,就在不久之前,岂止是网络,对一般人来说就是使用一台计算机都不是那么容易的事。

二、计算机与网络发展的7个阶段

2.1.批处理

为了能让更多的人使用计算机,出现了批处理(Batch Processing)系统。所谓批处理,是指事先将用户程序和数据装入卡带或磁盘,并由计算机按照一定的顺序读取,使用户所要执行的这些程序和数据能够一并批量得到处理的方式。
当时这种计算机价格昂贵体积巨大,无法在一般的办公场所中使用。因此,通常放置于专门进行计算机管理与运维的计算机中心。而用户除了事先将程序和数据装入卡带或磁盘送到这样的中心运行之外别无选择。
当时的计算机操作起来相当复杂,不是所有人都能够轻松自如地使用。因此在实际运行程序时通常会交给专门的操作员去处理。有时程序处理时间较长,在用户较多的情况下,用户程序可能无法立即得到运行。这时用户只能将程序留给操作员,过些时日再来计算机中心取结果。
批处理时代的计算机主要用于大规模计算或处理,因此那时的计算机尚不是一个便于普通人使用的工具。

2.2.分时系统

继批处理系统之后,20世纪60年代出现了分时系统(TSS)。它是指多个终端与同一个计算机连接。允许多个用户同时使用一台计算机的系统。当时计算机造价非常昂贵,一个一台专有计算机的费用对一般人来说可望不可即。然而分时系统的产生则实现了“一人一机”的目的,让用户感觉就好像“完全是自己在使用一台计算机一样”。这也体现了分时系统的一个重要特性——独占性。
分时系统出现以来,计算机的可用性得到了极大的改善,尤其是在交互式(对话式)操作上。从此,计算机变得更加人性化,逐渐贴近我们的生活。
此外,分时系统还促进了像BASIC这样能够与计算机实现交互的编程语言的发展。而在此之前的COBOL和FORTRAN等计算机编程语言都必须以批处理系统为基础才能开发和运行。其实BASIC语言的发明是为了让更多的人学习如何编程,因此也可以说它是关注分时系统的初学者们必学的一门开发语言。
由于分时系统的独占性,使得装备一套用户可直接操作的计算机环境变得比以前简单。分时系统中每个终端与计算机之间使用通信线路连接形成一个星形结构。正是从这一时期开始,网络(通信)与计算机之间的关系逐渐浮出水面。小型机也随即产生,办公场所与工厂也逐渐引入计算机。

2.3.计算机之间的通信

到了20世纪70年代,计算机性能有了飞速发展,体积也趋于小型化,同时价格急剧下降。于是计算机不再仅仅局限于在研究机关使用,一般的企业也逐渐开始使用计算机。因为企业内部对使用计算机处理日常事务的呼声越来越高。为了提高效率,人们开始研究计算机与计算机之间通信的技术。
在计算机间的通信技术诞生之前,想要将一台计算机中的数据转移到另一台计算机中是相当繁琐的。那时,得将数据保存到磁盘、软盘等外部存储介质中,再将这些介质送到目的计算机才能实现数据存储。然而有了计算机间的通信技术(计算机与计算机之间由通信线路连接),人们能够很轻松地即时读取另一台计算机中的数据,从而极大地缩短了传送数据的时间。
计算机间的通信显著地提高了计算机的可用性。人们不再局限于仅使用一台计算机进行处理,而是逐渐使用多台计算机分布式处理,最终一并得到返回结果。这一趋势打破了一家公司仅购入一台计算机进行业务处理的局面,使每家公司内部能够以部门为单位引入计算机,来处理部门内部的数据。每个部门处理完本部门内的数据以后,经由通信线路传送到总部的计算机,再由总部计算机处理并得出最终的数据结果。
从此,计算机的发展又进入一个崭新的历史阶段。在这一阶段计算机更侧重于满足使用者的需求、架构更灵活的系统,且操作比以往更加人性化。

2.4.计算机网络的产生

2.5.互联网的普及

2.6.以互联网技术为中心的时代

2.7.从“单纯建立连接”到“安全建立连接”

2.8.手握金刚钻的TCP/IP

三、协议

3.1.随处可见的协议

3.2.协议的必要性

3.3.协议如同人与人的对话

3.4.计算机中的协议

3.5.分组交换协议

四、协议由谁规定

4.1.计算机通信的诞生及其标准化

4.2.协议的标准化

五、协议分层与OSI参考模型

5.1.协议的分层

5.2.通过对话理解分层

5.3.OSI参考模型

5.4.OSI参考模型中各个分层的作用

六、OSI参考模型中各个分层的作用

6.1.7层通信

6.2.会话层以上的处理

6.3.传输层以下的处理

七、传输方式的分类

7.1.面向有连接型与面向无连接型

7.2.电路交换与分组交换

7.3.根据接收端数量分类

八、地址

8.1.地址的唯一性

8.2.地址的层次性

九、网络的构成元素

9.1.通信媒介与数据链路

9.2.网卡

9.3.中继器

9.4.网桥/2层交换机

9.5.路由器/3层交换机

9.6 4~7层交换机

9.7.网关

十、现代网络实态

10.1网络的构成

10.2.互联网通信

10.3.移动通信

10.4.从信息发布者的角度看网络

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