好家伙！计算机网络基础知识发布！（二）

计算机网络发展历程

批处理

和早期的计算机操作系统一样，最开始都要先经历批处理 Batch Processing阶段，批处理的目的也是为了能让更多的人使用计算机。

批处理就是先将数据装入卡带或者磁带，并且由计算机按照一定的顺序进行读入，如下图 1-3 所示。

图 1-3

这种计算机的价格比较昂贵，并不是每个人都能够使用的，这也就客观暗示着，只有专门的操作员才能使用计算机，用户把程序提交给操作员，由操作员排队执行程序，等一段时间后，用户再来提取结果（API 程序员的早期原型。。。。。。）

这种计算机的高效性并没有很好的体现，因为涉及到各种操作不断切换，让计算机计算甚至不如手动运算快。

分时系统

在批处理之后出现的就是分时系统了，分时系统指的是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。分时系统的出现实现了一人一机的目的，让用户感觉像是自己在使用计算机，实际上这是一种独占性的特性，如图 1-4。

图 1-4

分时系统出现以来，计算机的可用性得到了极大的改善。分时系统的出现意味着计算机越来越贴近我们的生活。

还有一点需要注意：分时系统的出现促进了像是 BASIC 这种人机交互编程语言的诞生。

分时系统的出现，同时促进者计算机网络的出现。

计算机通信

在分时系统中，每个终端与计算机相连，这种独占性的方式并不是计算机之间的通信，因为每个人还是在独立的使用计算机。

到了 20 世纪 70 年代，计算机性能有了高速发展，同时体积也变得越来越小，使用计算机的门槛变得更低，越来越多的用户可以使用计算机。

没有一台计算机是信息孤岛这个理念促使着计算机网络的出现和发展。

计算机网络的诞生

20 世纪 80 年代，一种能够互连多种计算机的网络随之诞生。它能够让各式各样的计算机相连，从大型的超级计算机或主机到小型电脑。

20 世纪 90 年代，虽然实现了一人一机的环境，但是这种环境的搭建仍然价格不菲。与此同时，诸如电子邮件、万维网等信息传播方式如雨后春笋般迎来了前所未有的发展，使得互联网从大到整个公司小到每个家庭内部，都得以广泛普及。

计算机网络的高速发展

现如今，越来越多的终端设备接入互联网，使互联网达到了前所未有的盛世，近年来 3G、4G、5G 通信技术的发展更是互联网高速发展的产物。

许多发展道路各不相同的网络技术也都逐渐向互联网靠拢。例如曾经一直作为通信基础设施、支撑通信网络的电话网。随着互联网的发展，其地位也随着时间的推移被 IP 网所取代，IP 也是互联网发展的产物。

网络安全

互联网也具有两面性，它的出现虽然方便了用户，但同时也方便了一些不法分子。互联网的便捷也带来了一些负面影响，计算机病毒的侵害、信息泄漏、网络诈骗层出不穷。

在现实生活中，通常情况下我们挨揍了会予以反击，因为这种行为完全是动物本能驱动的。但是在互联网中，你被不法分子攻击通常情况下是无力还击的，只能防御，因为还击需要你精通计算机和互联网，这通常情况下很多人办不到。

通常情况下公司和企业容易被作为不法分子获利的对象，所以，作为公司或者企业，要想不受攻击或者防御攻击，需要建立安全的互联网连接。

互联网协议

协议这个名词不仅局限于互联网范畴，也体现在日常生活中，比如情侣双方约定好在哪个地点吃饭，这个约定也是一种协议，比如你应聘成功了，企业会和你签订劳动合同，这种双方的雇佣关系也是一种协议。注意自己对自己的约定不能成为协议，协议的前提条件必须是多人约定。

那么网络协议是什么呢？

网络协议就是网络中(包括互联网)传递、管理信息的一些规范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。

没有网络协议的互联网是混乱的，就和人类社会一样，一个个体不能想怎么样就怎么样，你的行为是受到法律约束的。那么网络中的每台计算机也不能自己想发什么发什么，也是需要受到通信协议约束的。

我们一般都了解过 HTTP 协议， HTTP 是一个在计算机世界里专门在两点之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范。

但是互联网又不只有 HTTP 协议，它还有很多其他的比如 IP、TCP、UDP、DNS 协议等。下面是一些协议的汇总和介绍。

ISO 在制定标准化 OSI 模型之前，对网络体系结构相关的问题进行了充分的讨论，最终提出了作为通信协议设计指标的 OSI 参考模型。这一模型将通信协议中必要的功能分为了 7 层。通过这 7 层分层，使那些比较复杂的协议简单化。

图 1-5

在 OSI 标准模型中，每一层协议都接收由它下一层所提供的特定服务，并且负责为上一层提供服务，上层协议和下层协议之间通常会开放接口，同一层之间的交互所遵守的约定叫做协议。

OSI 标准模型

上图只是简单的介绍了一下层与层之间的通信规范和上层与下层的通信规范，并未介绍具体的网络协议分层，实际上，OSI 标准模型将复杂的协议整理并分为了易于理解的 7 层。如下图所示

图 1-6

互联网的通信协议都对应了 7 层中的某一层，通过这一点，可以了解协议在整个网络模型中的作用，一般来说，各个分层的主要作用如下

图 1-7

• 应用层：应用层是 OSI 标准模型的最顶层，是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务。包括文件传输、电子邮件远程登录和远端接口调用等协议。
• 表示层:  表示层向上对应用进程服务，向下接收会话层提供的服务，表示层位于 OSI 标准模型的第六层，表示层的主要作用就是将设备的固有数据格式转换为网络标准传输格式。
• 会话层：会话层位于 OSI 标准模型的第五层，它是建立在传输层之上，利用传输层提供的服务建立和维持会话。
• 传输层：传输层位于 OSI 标准模型的第四层，它在整个 OSI 标准模型中起到了至关重要的作用。传输层涉及到两个节点之间的数据传输，向上层提供可靠的数据传输服务。传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段，数据传输阶段，传输连接释放阶段 3 个阶段才算完成一个完整的服务过程。
• 网络层：网络层位于 OSI 标准模型的第三层，它位于传输层和数据链路层的中间，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到另一端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。
• 数据链路层：数据链路层位于物理层和网络层中间，数据链路层定义了在单个链路上如何传输数据。
• 物理层：物理层是 OSI 标准模型中最低的一层，物理层是整个 OSI 协议的基础，就如同房屋的地基一样，物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

TCP/IP 协议簇

TCP/IP 协议是我们程序员接触最多的协议，实际上，TCP/IP 又被称为TCP/IP 协议簇，它并不特指单纯的 TCP 和 IP 协议，而是容纳了许许多多的网络协议。

OSI 模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的，所以在TCP/IP协议中，它们被简化为了四个层次

图 1-8

和 OSI 七层网络协议的主要区别如下

• 应用层、表示层、会话层三个层次提供的服务相差不是很大，所以在 TCP/IP 协议中，它们被合并为应用层一个层次。
• 由于通信（数据）链路层和物理层的内容很相似，所以在 TCP/IP 协议中它们被归并在网络接口层一个层次里。

我们的主要研究对象就是 TCP/IP 的四层协议。

下面我就和你聊一聊 TCP/IP 协议簇中都有哪些具体的协议。

IP 协议

IP 是网际互联协议，英文 Internet Protocol，位于网络层。IP 协议是整个 TCP/IP 协议簇的核心，也是构成互联网的基础。IP 能够为运输层提供数据分发，同时也能够组装数据供运输层使用。它将多个网络连接成为一个互联网，这样能够提高网络的可扩展性，实现大规模网络互联。二是分割顶层网络和底层网络之间的耦合关系。

ICMP 协议

ICMP 协议是 Internet 报文控制协议，英文Internet Control Message Protocol， ICMP 协议主要用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息。ICMP 属于网络层的协议，当遇到 IP 无法访问目标、IP 路由器无法按照当前传输速率转发数据包时，会自动发送 ICMP 消息，从这个角度来说，ICMP 协议可以看作是错误侦测与回报机制，让我们检查网络状况、也能够确保连线的准确性。

ARP 协议

ARP 协议是地址解析协议，英文 Address Resolution Protocol，它能够根据 IP 地址获取物理地址。主机发送信息时会将包含目标 IP 的 ARP 请求广播到局域网络上的所有主机，并接受返回消息，以此来确定物理地址。收到消息后的物理地址和 IP 地址会在 ARP 中缓存一段时间，下次查询的时候直接从 ARP 中查询即可。

TCP 协议

TCP 是传输控制协议，英文Transmission Control Protocol，它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输协议，TCP 协议位于传输层，TCP 协议是 TCP/IP 协议簇中的核心协议，它最大的特点就是提供可靠的数据交付。TCP 的主要特点有 慢启动、拥塞控制、快速重传、可恢复。

UDP 协议

UDP 协议是用户数据报协议，英文 User Datagram Protocol，UDP 也是一种传输层协议，与 TCP 相比，UDP 提供一种不可靠的数据交付，也就是说，UDP 协议不保证数据是否到达目标节点。当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP 是一种无连接的协议，传输数据之前源端和终端无需建立连接，不对数据报进行检查与修改，无须等待对方的应答，会出现分组丢失、重复、乱序等现象。但是 UDP 具有较好的实时性，工作效率较 TCP 协议高。

FTP 协议

FTP 协议是文件传输协议，英文File Transfer Protocol，应用层协议之一，是 TCP/IP 协议的重要组成之一，FTP 协议分为 FTP 服务器和 FTP 客户端两部分，FTP 服务器用来存储文件，FTP 客户端用来访问 FTP 服务器上的文件，FTP 的传输效率比较高，所以一般使用 FTP 来传输大文件。

DNS 协议

DNS 协议是域名解析协议，英文 Domain Name System，它也是应用层的协议之一，DNS 协议是一个将域名和 IP 相互映射的分布式数据库系统。DNS 缓存能够加快网络资源的访问。

SMTP 协议

SMTP 协议是邮件传输协议，英文 Simple Mail Transfer Protocol，应用层协议之一，SMTP 主要是用作邮件收发协议，SMTP 服务器是遵循 SMTP 协议的发送邮件服务器，用来发送或中转用户发出的电子邮件。

SLIP 协议

SLIP 协议是指串行线路网际协议，英文 Serial Line Internet Protocol，是在串行通信线路上支持 TCP/IP 协议的一种点对点式的链路层通信协议。

PPP 协议

PPP 协议是点对点协议，英文Point to Point Protocol，是一种链路层协议，是在为同等单元之间传输数据包而设计的。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。