網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是從1990年代中期發(fā)展起來的新技術(shù),它把
互聯(lián)網(wǎng)上分散的資源融為有機整體,實現(xiàn)資源的全面共享和有機協(xié)作,使人們能夠透明地使用資源的整體能力并按需獲取信息。資源包括高性能計算機、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、
信息資源、知識資源、專家資源、大型
數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等。 當前的互聯(lián)網(wǎng)只限于信息共享,網(wǎng)絡(luò)則被認為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第三階段。網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)造地區(qū)性的網(wǎng)絡(luò)、企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、
局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),甚至
家庭網(wǎng)絡(luò)和個人網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的根本特征并不一定是它的規(guī)模,而是
資源共享,消除資源孤島。
發(fā)展歷程 Internet的應(yīng)用范圍由最早的
軍事、國防,擴展到
美國國內(nèi)的學術(shù)機構(gòu),進而迅速覆蓋了全球的各個領(lǐng)域,運營性質(zhì)也由科研、教育為主逐漸轉(zhuǎn)向商業(yè)化。
在
科學研究中,經(jīng)常碰到“種瓜得豆”的事情,Internet的出現(xiàn)也正是如此:它的原型是1969年
美國國防部遠景研究規(guī)劃局(Advanced Research Projects Agency)為軍事實驗用而建立的網(wǎng)絡(luò),名為ARPANET,初期只有四臺主機,其設(shè)計目標是當網(wǎng)絡(luò)中的一部分因戰(zhàn)爭原因遭到破 壞時,其余部分仍能正常運行;80年代初期ARPA和美國國防部通信局研制成功用于
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的 TCP/IP協(xié)議并投入使用;1986年在美國國會科學
基金會(National Science Foundation)的支持下,用高速
通信線路把 分布在各地
的一些超級
計算機連接起來,以NFSNET接替ARPANET;進而又經(jīng)過十幾年的發(fā)展形成Internet。其應(yīng)用范圍也由最早的軍事、國防,擴展到美國國內(nèi)的學術(shù)機構(gòu),進而迅速覆蓋了全球的各個領(lǐng)域,運營性質(zhì)也由科研、教育為主逐漸轉(zhuǎn)向商業(yè)化。
90年代初,
中國作為第71個國家級網(wǎng)加入Internet,
目前,Internet已經(jīng)在我國開放,通過中國公用
互連網(wǎng)絡(luò)(CHINANET)或中國教育科研計算機網(wǎng)(CERNET)都可與Internet聯(lián)通。只要有一臺
信息資源、貼近生活的人情化感受使非專業(yè)的家庭用戶既做到應(yīng)
用自如,又能大飽眼福,甚至利用它為自己的工作、學習、生活錦上添花,真正做到"足不出戶,可成就天下事,瀟灑作當代人"。
網(wǎng)絡(luò)的神奇作用吸引著越來越多的用戶加入其中,正因如此,網(wǎng)絡(luò)的承受能力也面臨著越來越嚴峻的考驗―從硬件上、
軟件上、所用標準上......,各項技術(shù)都需要適時應(yīng)勢,對應(yīng)發(fā)展,這正是網(wǎng)絡(luò)迅速走向進步的催化劑。到了今天,Internet能夠負擔如此眾多用戶的參與,說明我們的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成長到了相當成熟的地步,用戶自己也能耳聞目睹不斷涌現(xiàn)的新名詞、新概念。但這還不是終結(jié),僅僅是歷史長河的一段新紀元的開始而已。
編輯本段Internet的應(yīng)用集錦
Internet如此美妙,初入門者不免好奇:它究竟可以為我們做哪些事?總的說來,Internet是一套通過網(wǎng)絡(luò)來完成有用的
通訊任務(wù)的應(yīng)用程序,下面的篇幅將從應(yīng)用入手,展示Internet的幾項最廣為流行的功能,它包括:
電子郵件、WWW、
文件傳輸、遠程登 錄、
新聞組、信息查詢等。
電子郵件(Email)
有了通達全球的Internet后,人們首先想到的是可以利用它來提供個人之間的通
信,而且這種通信應(yīng)能兼具電話的速度和
郵政的可靠性等優(yōu)點。這種思路生根發(fā)芽成長
起來,最終得到的果實便是Email。通過它,每人都可以有自己的私有信箱,用以儲存
已收到但還未來得及閱讀的信件,Email
地址包括用戶名加上主機名,并在中間用@符號
隔開,如
從最初的兩人之間的通信,如今的電子郵件軟件能夠?qū)崿F(xiàn)更為復雜、多樣的服務(wù)
,包括:一對多的發(fā)信,信件的轉(zhuǎn)發(fā)和回復,在信件中包含聲音、圖像等
多媒體信息等
;甚至可以做到只要有你的郵件到達,掛在你身上的BP機就嘀嘀作響發(fā)出提示;人們還
可以象訂購報刊雜志一樣在網(wǎng)上訂購所需的信息,通過電子郵件定期送到自己面前。
WWW
World Wide Web(通常被稱為WWW)在中文里常被譯作“
萬維網(wǎng)”,除發(fā)音相近
外,也體現(xiàn)了其變化萬千的內(nèi)涵。用戶借助于一個
瀏覽器軟件,在地址欄里輸入所要查
看的頁面地址(或
域名),就可以連接到該地址所指向的WWW
服務(wù)器,從中查找所需的
圖文信息。WWW訪問的感覺有些象逛大商場,既可以漫無邊際地徜徉,也可以奔著一個
目標前進;但不論如何,當用戶最終獲得想要的內(nèi)容時,也許已經(jīng)跨越了千山萬水,故
有時我們也稱之為“Web沖浪”。
WWW服務(wù)器所存貯的頁面內(nèi)容是用HTML語言(Hyper Text Mark-up Language)書寫
的,它通過
HTTP協(xié)議(Hyper Text Transfering Protocol)傳送到用戶處。
文件傳輸(FTP)
盡管電子郵件也能傳送文件,但它一般用于短信息傳遞。Internet提供了稱作FTP
?。‵ile Transfer Protocol)的文件傳輸應(yīng)用程序,使用戶能發(fā)送或接收非常大的數(shù)據(jù)
文件:當用戶發(fā)出FTP
命令,連接到
FTP服務(wù)器后,可以輸入命令顯示服務(wù)器存貯的文件
目錄,或從某個目錄拷貝文件,通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到自己的計算機中。
FTP服務(wù)器提供了一種驗證用戶權(quán)限的方法(用到用戶名、密碼),限制非授權(quán)
用戶的訪問。不過,很多系統(tǒng)管理員為了擴大影響,打開了匿名ftp服務(wù)設(shè)置――匿名ftp
允許沒有注冊名或口令的用戶在
機器上存取指定的文件,它用到的特殊用戶名為
“anonymous”。
遠程登錄(Remote Login)
遠程登錄允許用戶從一臺機器連接到遠程的另一臺機器上,并建立一個交互的登
錄連接。登錄后,用戶的每次擊鍵都傳遞到遠程主機,由遠程主機處理后將字符回送到
本地的機器中, 看起來仿佛用戶直接在對這臺遠程主機操作一樣。遠程登錄通常也要有
效的登錄賬號來接受對方主機的認證。常用的登錄
程序有TELNET、RLOGIN等。
Usenet新聞組
Usenet新聞是Internet上的討論小組或
聞組"的標題下組織討論,用戶可以閱讀別人發(fā)送的新聞或發(fā)表自己的文章。新聞組包
括數(shù)十大類、數(shù)千組"新聞",平均每一組每天都有成百上千條"新聞"公布出來。新聞組
的介入方式也非常隨便,你可以在上面高談闊論、問問題,或者只看別人的談?wù)摗?
上面所列舉的僅是Internet文化長廊中的主要內(nèi)容,但絕不是全部。Internet永
遠是在不斷發(fā)展、推陳出新的,這將是我們下一篇的內(nèi)容――Internet的發(fā)展趨勢。
網(wǎng)絡(luò)研究起源于過去十年美國政府資助的高性能計算科研項目。這項研究的目標是將跨地域的多臺高性能計算機、大型
數(shù)據(jù)庫、大型的科研設(shè)備、通信設(shè)備、可視化設(shè)備和各種傳感器等整合成一個巨大的超級
計算機系統(tǒng),以支持
科學計算和科學研究。
微軟公司把開發(fā)力量集中在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上,關(guān)注使用網(wǎng)絡(luò)共享信息,而不是網(wǎng)絡(luò)的計算能力,這反映了學術(shù)和研究領(lǐng)域內(nèi)的分歧。事實上,很多用于學術(shù)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都能夠成為商業(yè)應(yīng)用。
Globus是美國
阿貢(Argonne)國家實驗室的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)項目,全美12所大學和研究機構(gòu)參與了該項目。Globus對
資源管理、安全、
信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)絡(luò)計算的關(guān)鍵理論進行研究,開發(fā)能在各種平臺上運行的網(wǎng)絡(luò)計算
工具軟件,幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)絡(luò)試驗平臺,開發(fā)適合大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行的大型應(yīng)用程序。目前,Globus技術(shù)已在美國航天局網(wǎng)絡(luò)、
歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、美國國家技術(shù)網(wǎng)絡(luò)等8個項目中得到應(yīng)用。2005年8月,美國國際商用機器公司(IBM)宣布投入數(shù)十億美元研發(fā)網(wǎng)絡(luò)計算,與Globus合作開發(fā)開放的網(wǎng)絡(luò)計算標準,并宣稱網(wǎng)絡(luò)的價值不僅僅限于科學計算,商業(yè)應(yīng)用也有很好的前景。網(wǎng)絡(luò)計算和Globus從開始幕后走到前臺,受到前所未有的關(guān)注。
中國非常重視發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù),由863計劃“高性能計算機及其核心軟件”重大專項支持建設(shè)的中國國家網(wǎng)絡(luò)項目在高性能計算機、
網(wǎng)絡(luò)軟件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用等方面取得了創(chuàng)新性成果。具有18萬億次聚合計算能力、支持網(wǎng)絡(luò)研究和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)試驗床——中國國家網(wǎng)絡(luò),已于2005年12月21日正式開通運行。這意味著通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù),中國已能有效整合全國范圍內(nèi)大型計算機的計算資源,形成一個強大的計算平臺,幫助科研單位和科技工作者等實現(xiàn)計算
資源共享、數(shù)據(jù)共享和協(xié)同合作。
編輯本段關(guān)鍵技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)有
網(wǎng)絡(luò)結(jié)點、寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、資源管理和任務(wù)調(diào)度工具、應(yīng)用層的
可視化工具。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點是網(wǎng)絡(luò)計算資源的提供者,包括高端服務(wù)器、集群系統(tǒng)、MPP系統(tǒng)大型存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等。寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境中,提供高性能通信的必要手段。資源管理和任務(wù)調(diào)度工具用來解決資源的描述、組織和管理等關(guān)鍵問題。任務(wù)調(diào)度工具根據(jù)當前系統(tǒng)的負載情況,對系統(tǒng)內(nèi)的任務(wù)進行動態(tài)調(diào)度,提高系統(tǒng)的
運行效率。網(wǎng)絡(luò)計算主要是科學計算,它往往伴隨著
海量數(shù)據(jù)。如果把計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成直觀的
圖形信息,就能幫助研究人員擺脫理解數(shù)據(jù)的困難。這需要開發(fā)能在網(wǎng)絡(luò)計算中傳輸和讀取,并提供友好用戶界面的可視化工具。
編輯本段研究現(xiàn)狀
網(wǎng)絡(luò)計算通常著眼于大型應(yīng)用項目,按照Globus技術(shù),大型應(yīng)用項目應(yīng)由許多組織協(xié)同完成,它們形成一個“
虛擬組織”,各組織擁有的計算資源在虛擬組織里共享,協(xié)同完成項目。對于共享而言,有價值的不是設(shè)備本身而是
實體的接口或界面。
從技術(shù)角度看,共享是資源或?qū)嶓w間的互操作。Globus技術(shù)設(shè)定,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的互操作意味著需要開發(fā)一套通用協(xié)議,用于描述消息的格式和消息交換的規(guī)則。在協(xié)議之上則需要開發(fā)一系列服務(wù),這與建立在TCP/IP(
傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)上的
萬維網(wǎng)服務(wù)原理相同。在服務(wù)中先定義應(yīng)用編程接口,基于這些接口再構(gòu)建
軟件開發(fā)工具。
Globus網(wǎng)絡(luò)計算協(xié)議建立在網(wǎng)際協(xié)議之上,以網(wǎng)際協(xié)議中的通信、
路由、名字解析等功能為基礎(chǔ)。Globus協(xié)議分為構(gòu)造層、連接層、資源層、匯集層和應(yīng)用層五層。每層都有各自的服務(wù)、應(yīng)用編程接口和軟件開發(fā)工具、上層協(xié)議調(diào)用下層協(xié)議的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的全局應(yīng)用都需通過協(xié)議提供的服務(wù)調(diào)用
操作系統(tǒng)。
構(gòu)造層功能是向上提供網(wǎng)絡(luò)中可供共享的資源,是物理或邏輯實體。常用的共享資源包括處理能力、
存儲系統(tǒng)、目錄、
網(wǎng)絡(luò)資源、分布式文件系統(tǒng)、分布式計算機池、
計算機集群等。連接層是網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)事務(wù)處理通信與授權(quán)控制的核心協(xié)議。構(gòu)造層提交的各資源間的數(shù)據(jù)交換都在這一層控制下實現(xiàn)的。各資源間的授權(quán)驗證、安全控制也在此實現(xiàn)。資源層的作用是對單個資源實施控制,與可用資源進行安全握手、對資源做初始化、監(jiān)測資源運行狀況、統(tǒng)計與付費有關(guān)的資源使用數(shù)據(jù)。匯集層的作用是將資源層提交的受控資源匯集在一起,供虛擬組織的應(yīng)用程序共享、調(diào)用。為了對來自應(yīng)用的共享進行管理和控制,匯集層提供目錄服務(wù)、
資源分配、日程安排、資源代理、
資源監(jiān)測診斷、網(wǎng)絡(luò)啟動、負荷控制、賬戶管理等多種功能。應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)上用戶的應(yīng)用程序,它先通過各層的應(yīng)用編程接口調(diào)用相應(yīng)的服務(wù),再通過服務(wù)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)上的資源來完成任務(wù)。應(yīng)用程序的開發(fā)涉及大量
庫函數(shù)。為便于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā),需要構(gòu)建支持網(wǎng)絡(luò)計算的庫函數(shù)。
目前,Globus
體系結(jié)構(gòu)已為一些大型網(wǎng)絡(luò)所采用。研究人員已經(jīng)在天氣預(yù)報、高能物理實驗、航空器研究等領(lǐng)域開發(fā)了一些基于Globus網(wǎng)絡(luò)計算的應(yīng)用程序。雖然這些應(yīng)用仍屬試驗性質(zhì),但它證明了網(wǎng)絡(luò)計算可以完成不少超級計算機難以勝任的大型應(yīng)用任務(wù)??梢灶A(yù)見,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將很快掀起下一波
互聯(lián)網(wǎng)浪潮。面對即將到來的第三代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,很多發(fā)達國家都投入了大量研究資金,希望能抓住機遇,掌握未來的命運。
中國也加強了網(wǎng)絡(luò)方面的投入。中科院計算所為自己的網(wǎng)絡(luò)起名為“織女星網(wǎng)絡(luò)”(Vega Grid),目標是具有大規(guī)模
數(shù)據(jù)處理、高性能計算、資源共享和提高資源利用率的能力。與國內(nèi)外其他網(wǎng)絡(luò)研究項目相比,織女星網(wǎng)絡(luò)的最大特點是“服務(wù)網(wǎng)絡(luò)”。中國許多行業(yè),如能源、交通、氣象、水利、農(nóng)林、教育、環(huán)保等對高性能計算網(wǎng)絡(luò)即信息網(wǎng)絡(luò)的
需求非常巨大。預(yù)計在最近兩三年內(nèi),就能看到更多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用實例。
編輯本段應(yīng)用領(lǐng)域
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣,主要有以下幾方面。
分布式超級計算 分布式超級計算將分布在不同地點的超級計算機用高速網(wǎng)絡(luò)連接起來,并用網(wǎng)絡(luò)
中間件軟件“粘合”起來,形成比單臺超級計算機強大得多的計算平臺。
分布式儀器系統(tǒng) 分布式儀器系統(tǒng)使用
網(wǎng)絡(luò)管理分布在各地的貴重儀器系統(tǒng),提供
遠程訪問儀器設(shè)備的手段,提高儀器的利用率,方便用戶的使用。
數(shù)據(jù)密集型計算 并行計算技術(shù)往往是由一些計算密集型應(yīng)用推動的,特別是一些帶有巨大挑戰(zhàn)性質(zhì)的應(yīng)用,大大促進了對高性能并行體系結(jié)構(gòu)、編程環(huán)境、大規(guī)模可視化等領(lǐng)域的研究。數(shù)據(jù)密集型計算的應(yīng)用比計算密集型的應(yīng)用多得多,它對應(yīng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)更側(cè)重于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和處理,計算網(wǎng)絡(luò)則更側(cè)重于計算能力的提高。在這個領(lǐng)域獨占鰲頭的項目是
歐洲核子中心開展的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(DataGrid)項目,其目標是處理2005年建成的
大型強子對撞機源源不斷產(chǎn)生的PB/s量級實驗數(shù)據(jù)。
遠程沉浸 這是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)化
虛擬現(xiàn)實環(huán)境。它是對現(xiàn)實或歷史的逼真反映,對高性能計算結(jié)果或數(shù)據(jù)庫可視化。“沉浸”是指人可以完全融入其中:各地的參與者通過網(wǎng)絡(luò)聚集在同一個虛擬空間里,既可以隨意漫游,又可以相互溝通,還可以與
虛擬環(huán)境交互,使之發(fā)生改變。目前,已經(jīng)開發(fā)出幾十個遠程沉浸應(yīng)用,包括虛擬歷史博物館、協(xié)同學習環(huán)境等。遠程沉浸可以廣泛應(yīng)用于交互式科學可視化、教育、訓練、藝術(shù)、娛樂、
工業(yè)設(shè)計、信息可視化等許多領(lǐng)域。
信息集成 網(wǎng)絡(luò)最初是以集成異構(gòu)計算平臺的身份出現(xiàn),接著進入分布式海量數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。信息網(wǎng)絡(luò)通過統(tǒng)一的
信息交換架構(gòu)和大量的中間件,向用戶提供“信息隨手可得”式的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)信息集成將更多應(yīng)用在商業(yè)上,分布在
世界各地的應(yīng)用程序和各種信息通過網(wǎng)絡(luò)能進行無縫融合和溝通,從而形成嶄新的商業(yè)機會。
信息集成如信息網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、
知識網(wǎng)絡(luò)等,是近幾年網(wǎng)絡(luò)流行起來的應(yīng)用方向。2002年,Globus聯(lián)盟和IBM在全球
網(wǎng)絡(luò)論壇上發(fā)布了開放性
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)及其詳細規(guī)范,把Globus標準與支持商用的萬維網(wǎng)服務(wù)標準結(jié)合起來。2004年,Globus聯(lián)盟、IBM和惠普(HP)等又聯(lián)合發(fā)布了新的
網(wǎng)絡(luò)標準草案,把開放性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)詳細規(guī)范I轉(zhuǎn)換成6個用于擴展萬維網(wǎng)服務(wù)的規(guī)范,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已與萬維網(wǎng)服務(wù)徹底融為一體,標志著網(wǎng)絡(luò)商用化時代的來臨。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,標準是關(guān)鍵。就像TCP/IP協(xié)議是
因特網(wǎng)的核心一樣,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)計算也需要對核心——標準協(xié)議和服務(wù)進行定義。目前,一些標準化團體正在積極行動。迄今為止,網(wǎng)絡(luò)計算雖還沒有正式的標準,但在核心技術(shù)上,相關(guān)機構(gòu)與企業(yè)已達成一致,由美國阿貢國家實驗室與
南加州大學信息科學學院合作開發(fā)的Globus 計算工具軟件已成為網(wǎng)絡(luò)計算實際的標準,已有12家著名計算機和軟件廠商宣布將采用Globus 計算工具軟件。作為一種開放架構(gòu)和開放標準基礎(chǔ)設(shè)施,Globus 計算工具軟件提供了構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所需的很多基本服務(wù),如安全、資源發(fā)現(xiàn)、資源管理、數(shù)據(jù)訪問等。目前所有重大的網(wǎng)絡(luò)項目都是基于Globus 計算工具軟件提供的協(xié)議與服務(wù)的。
除了標準以外,安全和可管理性、人才的缺乏也是網(wǎng)絡(luò)計算亟待解決的一個問題,否則它將無法成為企業(yè)的商業(yè)架構(gòu)。在真正實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用之前,還需要解決許多問題。即便如此,構(gòu)建全球網(wǎng)絡(luò)的前景仍是無法抗拒的。
一般來說,
計算機網(wǎng)絡(luò)可以提供以下一些主要功能:
資源共享
網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使資源共享變得很簡單,交流的雙方可以跨越時空的障
礙,隨時隨地傳遞信息。
信息傳輸與集中處理
數(shù)據(jù)是通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到服務(wù)器中,由服務(wù)器集中處理后
再回送到
終端。
負載均衡與分布處理
負載均衡同樣是網(wǎng)絡(luò)的一大特長。舉個典型的例子:一
個大型ICP(Internet內(nèi)容提供商)為了支持更多的用戶訪問他的網(wǎng)站,在全世界多個
地方放置了相同內(nèi)容的WWW服務(wù)器;通過一定技巧使不同地域的用戶看到放置在離他最
近的服務(wù)器上的相同頁面,這樣來實現(xiàn)各服務(wù)器的負荷均衡,同時用戶也省了不少冤枉
路。
綜合信息服務(wù)
網(wǎng)絡(luò)的一大發(fā)展
趨勢是多維化,即在一套系統(tǒng)上提供集成的信
息服務(wù),包括來自政治、
經(jīng)濟、等各方面資源,甚至同時還提供多媒體信息,如圖象、
語音、動畫等。在多維化發(fā)展的趨勢下,許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的新形式不斷涌現(xiàn),如:
?、?電子郵件――這應(yīng)該是大家都得心應(yīng)手的網(wǎng)絡(luò)交流方式之一。發(fā)郵件時收件
人不一定要在網(wǎng)上,但他只要在以后任意時候打開郵箱,都能看到屬于自己的來信。
?、?
網(wǎng)上交易――就是通過網(wǎng)絡(luò)做生意。其中有一些是要通過網(wǎng)絡(luò)直接結(jié)算,這
就要求網(wǎng)絡(luò)的
安全性要比較高。
?、?視頻點播――這是一項新興的娛樂或?qū)W習項目,在智能小區(qū)、
酒店或?qū)W校應(yīng)
用較多。它的形式跟電視選臺有些相似,不同的是節(jié)目內(nèi)容是通過網(wǎng)絡(luò)傳遞的。
④ 聯(lián)機會議――也稱視頻會議,顧名思義就是通過網(wǎng)絡(luò)開會。它與視頻點播的
不同在于所有參與者都需主動向外發(fā)送圖像,為實現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、聲音實時同傳,它對
網(wǎng)絡(luò)的處理速度提出了最高的要求。
以上對網(wǎng)絡(luò)的功能只是略舉一二,我們將在以后的篇幅中用更詳盡的案例去充實
大家對網(wǎng)絡(luò)的理解。
網(wǎng)絡(luò)依據(jù)什么劃分,又是如何組成的呢?
計算機網(wǎng)絡(luò)的類型有很多,而且有不同的分類依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)按
交換技術(shù)可分為:線
路交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng);按傳輸技術(shù)可分為:廣播網(wǎng)、非廣播多路訪問網(wǎng)、點到點網(wǎng);
按拓樸結(jié)構(gòu)可分為總線型、星型、環(huán)形、樹形、全網(wǎng)狀和部分網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò);按
傳輸介質(zhì)又
可分為
同軸電纜、雙紐線、
光纖或衛(wèi)星等所連成的網(wǎng)絡(luò)。這里我們主要講述的是根據(jù)網(wǎng)
絡(luò)分布規(guī)模來劃分的網(wǎng)絡(luò):局域網(wǎng)、
城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和網(wǎng)間網(wǎng)。
局域網(wǎng)
-LAN(Local Area Network)
將小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互連在一起所形成的網(wǎng)絡(luò),覆蓋范圍一般局限在房
間、大樓或園區(qū)內(nèi)。局域網(wǎng)的特點是:距離短、延遲小、數(shù)據(jù)速率高、傳輸可靠。
目前常見的局域網(wǎng)類型包括:
以太網(wǎng)(Ethernet)、
令牌環(huán)網(wǎng) (Token
Ring)、
光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)、
異步傳輸模式(ATM)等,它們在拓樸結(jié)構(gòu)、
傳輸介質(zhì)、傳輸速率、
數(shù)據(jù)格式等多方面都有許多不同。其中應(yīng)用最廣泛的當屬以太
網(wǎng)―― 一種總線結(jié)構(gòu)的LAN,是目前發(fā)展最迅速、也最經(jīng)濟的局域網(wǎng)。
局域網(wǎng)的常用設(shè)備有:
*
網(wǎng)卡(NIC) 插在
計算機主板插槽中,負責將用戶要傳遞的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)上
其它設(shè)備能夠識別的格式,通過
網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸。它的主要技術(shù)參數(shù)為
帶寬、總線方式、
電氣
接口方式等。
*
集線器(Hub) 是單一總線共享式設(shè)備,提供很多網(wǎng)絡(luò)接口,負責將網(wǎng)絡(luò)中多
個計算機連在一起。所謂共享是指集線器所有端口共用一條數(shù)據(jù)總線,因此平均每用戶
?。ǘ丝冢﹤鬟f的數(shù)據(jù)量、
速率等受活動用戶(端口)總數(shù)量的限制。它的主要性能參數(shù)
有總帶寬、端口數(shù)、智能程度(是否支持網(wǎng)絡(luò)管理)、擴展性(可否級聯(lián)和堆疊)等。
*
交換機(Switch) 也稱
交換式集線器。它同樣具備許多接口,提供多個網(wǎng)絡(luò)
節(jié)點互連。但它的性能卻較共享集線器大為提高:相當于擁有多條總線,使各端口設(shè)備
能獨立地作數(shù)據(jù)傳遞而不受其它設(shè)備影響,表現(xiàn)在用戶面前即是各端口有獨立、固定的
帶寬。此外,交換機還具備集線器欠缺的功能,如數(shù)據(jù)過濾、
網(wǎng)絡(luò)分段、廣播控制等。
* 線纜 局域網(wǎng)的距離擴展需要通過線纜來實現(xiàn),不同的局域網(wǎng)有不同連接線
纜,如光纖、
雙絞線、同軸電纜等。
城域網(wǎng)
MAN(Metropolitan Area Network)
MAN的覆蓋范圍限于一個城市,目前對于市域網(wǎng)少有針對性的技術(shù),一般根據(jù)實
際情況通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)來實現(xiàn)。
廣域網(wǎng)
-WAN(Wide Area Network)
WAN連接
地理范圍較大,常常是一個國家或是一個洲。其目的是為了讓分布較遠
的各局域網(wǎng)互連,所以它的結(jié)構(gòu)又分為末端系統(tǒng)(兩端的用戶集合)和
通信系統(tǒng)(中間
鏈路)兩部分。通信系統(tǒng)是廣域網(wǎng)的關(guān)鍵,它主要有以下幾種:
* 公共電話網(wǎng) 即PSTN(Public Swithed Telephone Network),速度9600bps~
28.8kbps,經(jīng)壓縮后最高可達115.2kbps,傳輸介質(zhì)是普通電話線。它的特點是費用
低,易于建立,且分布廣泛。
*
綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 即ISDN(Integrated Service Digital Network),也是一
種撥號連接方式。低速接口為128kbps(高速可達2M),它使用ISDN線路或通過電信局
在普通電話線上加裝ISDN業(yè)務(wù)。ISDN為數(shù)字傳輸方式,具有連接迅速、傳輸可靠等特
點,并支持對方號碼識別。ISDN話費較普通電話略高,但它的雙通道使其能同時支持兩
路獨立的應(yīng)用,是一項對個人或小型辦公室較適合的網(wǎng)絡(luò)接入方式。
* 專線 即Leased Line,在中國稱為DDN,是一種點到點的連接方式,速度一般
選擇64kbps~2.048Mbps。專線的好處是數(shù)據(jù)傳遞有較好的保障,帶寬恒定;但價格昂
貴,而且點到點的結(jié)構(gòu)不夠靈活。
* X.25網(wǎng) 是一種出現(xiàn)較早且依然應(yīng)用廣泛的廣域網(wǎng)方式,速度為9600bps~
64kbps;有 冗余糾錯功能,可 靠性高,但由此帶來的副效應(yīng)是速度慢,延遲大;
* 幀中繼 即Frame Relay,是在X.25基礎(chǔ)上發(fā)展起來的較新技術(shù),速度一般選擇
為64kbps~2.048Mbps。幀中繼的特點是靈活、彈性:可實現(xiàn)一點對 多點的連接,并且
在數(shù)據(jù)量大時可超越約定速率傳送數(shù)據(jù),是一種較好的商業(yè)用戶連接選擇。
*異步傳輸模式 即ATM(Asynchronous Transfer Mode),是一種信元交換網(wǎng)
絡(luò),最大特點的速率高、延遲小、傳輸質(zhì)量有保障。ATM大多采用光纖作為連接介質(zhì),
速率可高達上千兆(109bps),但成本也很高。
廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的區(qū)別在于:線路通常需要付費。多數(shù)企業(yè)不可能自己架設(shè)線
路,而需要租用已有鏈路,故廣域網(wǎng)的大部分花費用在了這里。人們常??紤]如何優(yōu)化
使用帶寬,將“好刀用在刀刃上”。
廣域網(wǎng)常用設(shè)備有:
*
路由器(Router) 廣域網(wǎng)通信過程根據(jù)地址來尋找到達目的地的路徑,這個
過程在廣域網(wǎng)中稱為"路由(Routing)"。路由器負責在各段廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)間根據(jù)地
址建立路由,將數(shù)據(jù)送到最終目的地。
* 調(diào)制解調(diào)器(Modem) 作為末端系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備,是廣域
網(wǎng)中必不可少的設(shè)備之一。分為同步和異步兩種,分別用來與路由器的同步和異步串口
相連接,同步可用于專線、幀中繼、X.25等,異步用于PSTN的連接。
網(wǎng)間網(wǎng)
即Internetwork,是一系列局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的組合,因此包含的技術(shù)也是現(xiàn)有的
局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)的綜合。Internet便是一個當前最大也最為典型的網(wǎng)間網(wǎng)。
編輯本段發(fā)展面臨的問題
在上篇中我們講述了Internet的發(fā)展簡史和它的方方面面的應(yīng)用。正是由于
Internet的豐富多彩,才會吸引越來越多的人加入其中:對用戶而言,Internet正一步
步滲透到我們工作、生活的各個方面,極大地改變了長久以來形成的傳統(tǒng)思維和生活方
式;而對Internet而言,用戶的積極參與使得這一全球通行的網(wǎng)絡(luò)迅速膨脹起?耐受力面臨帶寬的短缺、IP地址資源匱乏等嚴峻
考驗。
帶寬的短缺
據(jù)1995年年中的估計, 有150多個國家和地區(qū)的6萬多個網(wǎng)絡(luò)同Internet聯(lián)結(jié), 入
網(wǎng)計算機約450萬臺, 直接使用Internet的用戶達4000萬人。而到今天,Internet已經(jīng)
開通到全世界大多數(shù)國家和地區(qū),幾乎每隔三十分鐘就有一個新的網(wǎng)絡(luò)連入,主機數(shù)量
每年翻兩番,用戶數(shù)量每月增長百分之十,預(yù)計到本世紀末和下世紀初, Internet將連
接近億臺計算機, 達到以十億計的用戶。而對更遠的將來,人們很難精確估計。不管怎
么說,這些數(shù)字已足以說明Internet的危機所在:就好象一根懸掛了很多重物的鋼絲
繩,重量增加了,繩子就有斷裂的危險;而用戶在Internet上的游歷實際上要走過很多
根這樣的“鋼絲繩”,用戶越多,繩子的負載越重,其中任一根不結(jié)實,都會成為瓶
頸,導致網(wǎng)絡(luò)訪問的失敗。因此,“鋼絲繩”的加固―帶寬容量的增加勢在必行,從
Internet主干到分支,直至最終用戶的接入,都出現(xiàn)了許多成熟的或正在發(fā)展的鏈路技
術(shù)來實現(xiàn)這項需求,我們將在后文著重介紹其中用戶最為關(guān)心的幾種接入技術(shù)。
IP地址資源的匱乏
我們曾介紹了IP地址的格式和分類,這里所指的都是現(xiàn)行的IPv4―它是一個32位
二進制數(shù),因此總地址容量為232,也即有數(shù)億個左右。而按照TCP/IP協(xié)議(同很多其
它協(xié)議一樣)的規(guī)定,相互聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點都必須有自己獨一無二的地址來作
為標識,那么很顯然,相對前文日益增長的用戶數(shù),現(xiàn)有IP地址資源已不堪重負,很快
將被用光―有預(yù)測表明,以目前Internet發(fā)展速度計算,所有IPv4地址將在2005~2010
年間分配完畢。
解決IP地址缺乏的辦法之一是想辦法延緩資源耗盡的時間,目前最廣泛應(yīng)用的技
術(shù)當屬NAT(Network Address Translation,網(wǎng)絡(luò)地址翻譯)―它使企業(yè)用戶在
內(nèi)部網(wǎng)
絡(luò)應(yīng)用中采用自行定義的地址,只在需要作Internet訪問時才翻譯為合法的Internet地
址;它的最大好處是用戶加入Internet時不需更改內(nèi)部地址結(jié)構(gòu),而只需在內(nèi)外交界處
實施地址轉(zhuǎn)換,并且能夠?qū)崿F(xiàn)多個用戶復用同一合法地址,從而大大節(jié)省地址資源;但
作NAT轉(zhuǎn)換的同時也增加了網(wǎng)絡(luò)的復雜性,何況它并不能阻止可用地址越來越減少的趨
勢。
作為對IPv4問題的解決,一種新的IP地址定義應(yīng)運而生,它便是下文講的IPv6。
編輯本段發(fā)展技術(shù)
如何解決Internet的發(fā)展
瓶頸?Internet新的應(yīng)用趨勢是什么?
Internet的發(fā)展首先是要走出困境,擴展容量,然后才有可能繼續(xù)推出各項新的
應(yīng)用并且運用自如。
現(xiàn)在我們將從網(wǎng)絡(luò)線路的發(fā)展說起,談?wù)劷陙沓蔀橥ㄐ艧狳c的寬
帶接入技術(shù),以及Internet新的應(yīng)用趨勢。
接入技術(shù)的發(fā)展
接入技術(shù)也稱“最后一公里”技術(shù),表示從最終用戶到本地
電信服務(wù)商之間的一
段連接。大家已經(jīng)熟悉的有PSTN撥號、ISDN和專線等技術(shù),而近幾年接入技術(shù)發(fā)展迅
猛,比較成熟的有:
ADSL
ADSL又稱
非對稱數(shù)字用戶線,是DSL家族系列技術(shù)(HDSL、VDSL、IDSL等)中應(yīng)
用最廣的一種。它的最大好處是利用現(xiàn)有的電話雙絞線作為傳輸介質(zhì),因此成本較低;
接入帶寬卻相對電話線傳輸?shù)腜STN(目前最高115.2Kbps)快了許多,從局端到用戶的
下行速率理論上可達7-8M,實際使用的下行速率一般為1.5-2Mbps,從用戶到局端的上
行速率為幾百Kbps,這也比PSTN有了很大提高;ADSL的非對稱性與
終端用戶的網(wǎng)絡(luò)訪問
特點是相一致的――個人用戶多數(shù)應(yīng)用都是以客戶方式從網(wǎng)上去獲取數(shù)據(jù),如WWW、
FTP,只在個別時候才向網(wǎng)絡(luò)大量發(fā)送數(shù)據(jù),如發(fā)送附帶多媒體信息的電子郵件,因此
下行數(shù)據(jù)量大、上行數(shù)據(jù)量小,也為非對稱方式。
線纜調(diào)制解調(diào)器
線纜調(diào)制解調(diào)器是一項非常適宜于家庭用戶的接入技術(shù)。它在電纜電視的基礎(chǔ)
上,將分配網(wǎng)絡(luò)的主干部分改為
光纜,在各個服務(wù)節(jié)點處完成光電轉(zhuǎn)換,再由同軸電纜
將傳輸信號送到用戶家里,可有效地實現(xiàn)Internet訪問、電視點播和數(shù)據(jù)電話等業(yè)務(wù),
市場前景廣闊。線纜傳輸也是非對稱方式,每服務(wù)節(jié)點下行速率高達10-30Mbps,上行
速率可達2M左右,但與ADSL不同,它是一個共享網(wǎng)絡(luò),實際每用戶可用帶寬與節(jié)點所連
的上網(wǎng)用戶數(shù)成反比,即便如此,用戶能享用的帶寬也是相當可觀的。
線纜調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用發(fā)展的最大障礙是線纜線路的雙向改造――傳統(tǒng)的有線電視
大多是單向傳輸;而數(shù)據(jù)的訪問是雙向進行的,因此必須實施線路改造以適應(yīng)這
項新的
應(yīng)用。在改造完成之前也有一種暫時的解決辦法:即下行數(shù)據(jù)傳遞采用電視線纜,上行
數(shù)據(jù)則采用電話線回傳。
無線接入技術(shù)
作為有線接入的補充,在不便于有線接入的地區(qū),用
無線通信設(shè)備把用戶接入市
話交換網(wǎng),統(tǒng)稱為無線接入系統(tǒng)。
無線本地環(huán)路系統(tǒng)技術(shù)來源于以下三個方面:
?。?) 來源于
蜂窩移動通信系統(tǒng);
(2) 來源于大區(qū)制通信系統(tǒng)、數(shù)字
無繩電話系統(tǒng)、數(shù)字微波和
衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
大區(qū)制系統(tǒng)主要指集群通信系統(tǒng)。
?。?)來源于專用的無線本地環(huán)路系統(tǒng),采用大功率、大覆蓋、低成本。以其獨
特的優(yōu)點,很快被市場接受,發(fā)展十分迅速。目前
世界各大通信公司幾乎都有典型產(chǎn)
品。
CDMA(碼分多址)和其衍生的無線本地環(huán)路技術(shù)有著其他無線接入技術(shù)不可比擬
的優(yōu)點,代表無線接入技術(shù)的發(fā)展方向。
接入技術(shù)的發(fā)展充分體現(xiàn)了“三網(wǎng)合一”的應(yīng)用趨勢:ADSL是利用原來的語音載
體電話線傳遞數(shù)據(jù),線纜調(diào)制解調(diào)器則利用原有的圖像載體有線電視傳遞數(shù)據(jù),大家熟
悉的IP電話則是通過各類數(shù)據(jù)載體傳送語音。因此,今后的數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視網(wǎng)和
電話網(wǎng)將
不再相互隔離,共同承攬數(shù)據(jù)、語音、圖像集成的業(yè)務(wù),緩解了Internet的帶寬壓力。
IPv6技術(shù)
正當人們?yōu)镮Pv4面臨的問題而焦頭爛額時,IPv6出現(xiàn)了,它給人們帶來了近乎完
美的解決方案:
●如同電話號碼升位一樣,IPv6提供了128位的IP地址,使地址數(shù)量大幅增加,
從而解決了現(xiàn)在的IP地址
資源危機;
●IPv6采用了“可聚集全球統(tǒng)一計算地址”的構(gòu)造,這使IP地址構(gòu)造同網(wǎng)絡(luò)的拓
撲結(jié)構(gòu)(連接形態(tài))相一致,從而縮小了路由表,使路由器能夠高效率地決定路由;
●IPv6具有自動把IP地址分配給用戶的功能大大減少了網(wǎng)絡(luò)管理費用。
盡管IPv6比IPv4具有明顯的優(yōu)越性,但在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)地址的升級有許多實際
困難。為此,Internet研究組織IETF制定了一套IPv4向IPv6過渡的方案,其中包括三個
機制:兼容IPv4的IPv6地址、雙IP協(xié)議棧和基于IPv4隧道的IPv6。
應(yīng)用的發(fā)展―電子商務(wù)
在Internet發(fā)展史第一篇中我們介紹了基于Internet的各項應(yīng)用,但它們只是人
們用以達到某些目標的手段,就象原始人學會了利用工具一樣。
電子商務(wù)
?。‥-Commerce)便是基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的各種技術(shù)在各行各業(yè)實施的全方位的改造,為人們
展示了一個全新、璀璨的世界。電子商務(wù)不一定都通過Internet來完成,但Internet的
高速發(fā)展卻為其提供了生根萌芽的沃土。大名鼎鼎的Amazon公司應(yīng)該說敢為勇者先,率
先架筑起自己圖書購銷配套服務(wù)的龐大帝國成為電子商務(wù)運作的典范。同以前所提到的
應(yīng)用相比,電子商務(wù)更象一種理念,它的實現(xiàn)并沒有固定的格式。在Internet或自己的
網(wǎng)絡(luò)上利用各種技術(shù)建設(shè)適合自身特點的Intranet、Extranet,其中策略的制定是發(fā)展
的關(guān)鍵。不論進度如何,電子商務(wù)必然是Internet應(yīng)用的一項主要發(fā)展趨勢。
縱觀十多年來Internet的發(fā)展史,人們很難說清,未來它究竟會是什么樣,但
Internet還將繼續(xù)改變我們的生活,推動人類文明的發(fā)展,這是誰都否認不了的。
編輯本段協(xié)議的定義及意義
如何定義
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,它有哪些意義?
協(xié)議是對網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備以何種方式交換信息的一系列規(guī)定的組合,它對信息交換的
速率、傳輸代碼、代碼結(jié)構(gòu)、傳輸控制步驟、出錯控制等許多
參數(shù)作出定義。
網(wǎng)絡(luò)是一個相互聯(lián)結(jié)的大群體,因此要想加入到這個群體中來,就不能隨心所
欲,任由興之所發(fā)。就好象一個國家或一個種族擁有自己的語言,大家都必須通曉并憑
借這種語言來對話一樣,相互聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點也需要擁有共同的“語言”,依據(jù)
它所定義的規(guī)則來控制數(shù)據(jù)的傳遞,這種語言便是大家經(jīng)常聽說的 “協(xié)議”。協(xié)議是
對網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備以何種方式交換信息的一br />碼、代碼結(jié)構(gòu)、傳輸控制步驟、出錯控制等許多參數(shù)作出定義。
對網(wǎng)絡(luò)始入門者來說,紛繁復雜的協(xié)議常常讓人頭痛不已―這些協(xié)議各起什么作
用?它們之間又有什么聯(lián)系?為什么有了A協(xié)議還需要補充B協(xié)議?這些問題搞不清楚,
往往成為進一步學習的障礙。其實這個問題應(yīng)該這樣理解:是先有了各種不同語言的民
族,后來隨著社會的發(fā)展,才有了不同民族間交流的需求。網(wǎng)絡(luò)也是這樣,最初人們在
小范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò),只需要自己作一些簡單的約定,保證這一有限范圍內(nèi)的用戶遵守就
可以了;到后來網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大,才考慮到制定更嚴格的規(guī)章制度即協(xié)議;而為了實
現(xiàn)多個不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),又會增加不少新協(xié)議作為補充,或成長為統(tǒng)一的新標準。
數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中由源傳輸?shù)侥康牡兀枰幌盗械募庸ぬ幚?,為了便于理解,我?
這里不妨打個比喻。如果我們把數(shù)據(jù)比做巧克力:我們可以把加工巧克力的設(shè)備作為
源,而把
消費者的手作為目的來看看會有什么樣的傳輸過程。巧克力廠通常會為每塊巧
克力外邊加上一層包裝,然后還會將若干巧克力裝入一個巧克力盒,再把幾個巧克力盒
一起裝入一個外包裝,運輸公司還會把許多箱巧克力裝入一個集裝箱,到達消費者所在
的城市后,又會由運輸商、批發(fā)商、零售商、消費者打開不同的包裝層。不同層次的包
裝、解包裝需要不同的規(guī)范和設(shè)備,計算機網(wǎng)絡(luò)也同樣有不同的封裝、傳輸層面,為此
國際標準化組織ISO于1978 年提出“
開放系統(tǒng)互連參考模型”,即著名的OSI(Open
System Interconnection)七層模型,它將是我們后續(xù)篇幅中要介紹的內(nèi)容,這里先不
展開論述。 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議就是用作這些不同的網(wǎng)絡(luò)層的行為規(guī)范的。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展過程中
形成了很多不同的協(xié)議族,每一協(xié)議族都在網(wǎng)絡(luò)的各層對應(yīng)有相應(yīng)的協(xié)議,其中作為
Internet規(guī)范的是ICP/IP協(xié)議族,這也是我們今天要講的。
TCP/IP協(xié)議的定義以及層次、功能
什么是TCP/IP協(xié)議,劃為幾層,各有什么功能?
TCP/IP協(xié)議族包含了很多功能各異的子協(xié)議。為此我們也利用上文所述的分層的
方式來剖析它的結(jié)構(gòu)。TCP/IP層次模型共分為四層:應(yīng)用層、
傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈
路層。
TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
TCP/IP(
Transmission Control Protocol/Internet Protocol,傳輸控制協(xié)議/
網(wǎng)間網(wǎng)協(xié)議)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的協(xié)議,它的流行與Internet的迅猛發(fā)展密切
相關(guān)―TCP/IP最初是為互聯(lián)網(wǎng)的原型ARPANET所設(shè)計的,目的是提供一整套方便實用、
能應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)上的協(xié)議,事實證明TCP/IP做到了這一點,它使
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)變得容易起
來,并且使越來越多的網(wǎng)絡(luò)加入其中,成為Internet的事實標準。
* 應(yīng)用層―應(yīng)用層是所有用戶所面向的應(yīng)用程序的統(tǒng)稱。ICP/IP協(xié)議族在這一層
面有著很多協(xié)議來支持不同的應(yīng)用,許多大家所熟悉的基于Internet的應(yīng)用的實現(xiàn)就離
不開這些協(xié)議。如我們進行萬維網(wǎng)(WWW)訪問用到了HTTP協(xié)議、文件傳輸用FTP協(xié)議、
電子郵件發(fā)送用SMTP、域名的解析用DNS協(xié)議、 遠程登錄用Telnet協(xié)議等等,都是屬于
TCP/IP應(yīng)用層的;就用戶而言,看到的是由一個個軟件所構(gòu)筑的大多為圖形化的操作界
面,而實際后臺運行的便是上述協(xié)議。
* 傳輸層―這一層的的功能主要是提供應(yīng)用程序間的通信,TCP/IP協(xié)議族在這一
層的協(xié)議有TCP和UDP。
* 網(wǎng)絡(luò)層―是TCP/IP協(xié)議族中非常關(guān)鍵的一層,主要定義了IP地址格式,從而能
夠使得不同應(yīng)用類型的數(shù)據(jù)在Internet上通暢地傳輸,IP協(xié)議就是一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。
* 網(wǎng)絡(luò)接口層―這是TCP/IP軟件的最低層,負責接收IP
數(shù)據(jù)包并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送
之,或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀,抽出IP數(shù)據(jù)報,交給IP層。
1.TCP/UDP協(xié)議
TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)協(xié)議屬
于傳輸層協(xié)議。其中TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸,它提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳
送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復用。通過面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)
包發(fā)送。通俗說,它是事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開辟出連接好的通道,然后再進行數(shù)據(jù)發(fā)送
??;而UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯恢復功能。一般來說,TCP對應(yīng)的是可靠性要
求高的應(yīng)用,而UDP對應(yīng)的則是可靠性要求低、傳輸經(jīng)濟的應(yīng)用。TCP支持的應(yīng)用協(xié)議主
要有:Telnet、FTP、SMTP等;UDP支持的應(yīng)用層協(xié)議主要有:NFS(
網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))、
SNMP(
簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)、DNS(主域名稱系統(tǒng))、TFTP(通用
文件傳輸協(xié)議)等。
IP協(xié)議的定義、IP地址的分類及特點
什么是IP協(xié)議,IP地址如何表示,分為幾類,各有什么特點?
為了便于尋址和層次化地構(gòu)造網(wǎng)絡(luò),IP地址被分為A、B、C、D、E五類,商業(yè)應(yīng)
用中只用到A、B、C三類。
IP協(xié)議(Internet Protocol)又稱
互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議,是支持網(wǎng)間互連的數(shù)據(jù)報協(xié)議,
它與TCP協(xié)議(傳輸控制協(xié)議)一起構(gòu)成了TCP/IP協(xié)議族的核心。它提供網(wǎng)間連接的完
善功能, 包括IP數(shù)據(jù)報規(guī)定互連網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的IP地址格式。
Internet 上,為了實現(xiàn)連接到互聯(lián)網(wǎng)上的結(jié)點之間的通信,必須為每個結(jié)點
?。ㄈ刖W(wǎng)的計算機)分配一個地址,并且應(yīng)當保證這個地址是全網(wǎng)唯一的,這便是IP地
址。
目前的IP地址(IPv4:IP第4版本)由32個
二進制位表示,每8位二進制數(shù)為一個
整數(shù),中間由小數(shù)點間隔,如159.226.41.98,整個IP地址空間有4組8位二進制數(shù),由
表示主機所在的網(wǎng)絡(luò)的地址(類似部隊的編號)以及主機在該網(wǎng)絡(luò)中的標識(如同士兵
在該部隊的編號)共同組成。
為了便于尋址和層次化的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò),IP地址被分為A、B、C、D、E五類,商業(yè)應(yīng)
用中只用到A、B、C三類。
*
A類地址:A類地址的
網(wǎng)絡(luò)標識由第一組8位二進制數(shù)表示,網(wǎng)絡(luò)中的主機標識
占3組8位二進制數(shù),A類地址的特點是網(wǎng)絡(luò)標識的第一位二進制數(shù)取值必須為“0”。不
難算出,A類地址允許有126個網(wǎng)段,每個網(wǎng)絡(luò)大約允許有1670萬臺主機,通常分配給擁
有大量主機的網(wǎng)絡(luò)(如主干網(wǎng))。
*
B類地址:B類地址的網(wǎng)絡(luò)標識由前兩組8位二進制數(shù)表示,網(wǎng)絡(luò)中的主機標識
占兩組8位二進制數(shù),B類地址的特點是網(wǎng)絡(luò)標識的前兩位二進制數(shù)取值必須為“10”。
B類地址允許有16384個網(wǎng)段,每個網(wǎng)絡(luò)允許有65533臺主機,適用于結(jié)點比較多的網(wǎng)絡(luò)
?。ㄈ鐓^(qū)域網(wǎng))。
*
C類地址:C類地址的網(wǎng)絡(luò)標識由前3組8位二進制數(shù)表示,網(wǎng)絡(luò)中主機標識占1
組8位二進制數(shù),C類地址的特點是網(wǎng)絡(luò)標識的前3位二進制數(shù)取必須為“110”。具有
C類地址的網(wǎng)絡(luò)允許有254臺主機,適用于結(jié)點比較少的網(wǎng)絡(luò)(如
校園網(wǎng))。
為了便于記憶,通常習慣采用4個十進制數(shù)來表示一IP地址,十進制數(shù)之間采
用句點“.”予以分隔。這種IP地址的表示方法也被稱為點分十進制法。如以這種方式
表示,A類網(wǎng)絡(luò)的IP地址范圍為1.0.0.1-127.255.255.254;B類網(wǎng)絡(luò)的IP地址范圍為:
128.1.0.1-191.255.255.254;C類網(wǎng)絡(luò)的IP地址范圍為:192.0.1.1-
223.255.255.254。
由于網(wǎng)絡(luò)地址緊張、
主機地址相對過剩,采取子網(wǎng)掩碼的方式來指定網(wǎng)段號。
TCP/IP協(xié)議與低層的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層無關(guān),這也是TCP/IP的重要特點。正因
為如此 ,它能廣泛地支持由低兩層協(xié)議構(gòu)成的
物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前已使用TCP/IP連接
成洲際網(wǎng)、全國網(wǎng)與跨地區(qū)網(wǎng)。