揭秘网络通信深层机制
摘要：
随着信息技术的飞速发展，网络通信已成为现代社会不可或缺的一部分。
本文将深入探讨网络通信的深层机制，包括其基本原理、协议层次、传输过程以及网络中的关键组件。
通过本文的阐述，读者将更好地理解网络通信背后的复杂性及其在实际应用中的重要性。
一、引言
网络通信是指不同计算机之间通过通信线路和设备进行数据交换的过程。
随着互联网的普及和技术的不断进步，人们对网络通信的需求越来越高。
为了更好地理解网络通信的深层机制，本文将对其基本原理、协议层次、传输过程和网络中的关键组件进行详细剖析。
二、网络通信的基本原理
网络通信的基本原理包括数据表示、数据传输和数据交换。
数据表示是指将信息转换为计算机可以识别的二进制形式。
数据传输是指计算机之间通过通信线路传输二进制数据的过程。
数据交换则涉及不同网络之间的数据传输和路由选择。
三、协议层次
网络通信的实现依赖于一系列协议，这些协议定义了计算机之间通信的规则和标准。
常见的网络通信协议包括TCP/IP、HTTP、SMTP等。
根据网络通信的功能和传输的数据类型，这些协议被分为不同的层次，如应用层、传输层、网络层和物理层。
各层次之间的交互和协作，使得网络通信得以顺利进行。
四、传输过程
网络中的数据传输过程涉及多个步骤。
发送方将数据编码并转换为适合传输的格式。
数据通过网络接口卡传输到网络介质（如光纤、电缆等）。
在此过程中，数据可能会经过多个网络设备（如路由器、交换机等）进行转发和处理。
接收方接收到数据后，对其进行解码并还原成原始信息。
五、网络中的关键组件
网络通信的实现离不开网络中的关键组件。
这些组件包括路由器、交换机、服务器和客户端等。
路由器负责数据的路由选择和跨网络传输，交换机负责数据的本地传输和交换，服务器提供网络服务（如数据存储、文件共享等），客户端则是用户访问网络服务的设备。
这些组件共同协作，构成了完整的网络通信体系。
六、网络通信的深层机制分析
为了更好地理解网络通信的深层机制，我们还需要深入探讨以下几个关键方面：
1. 网络安全：在网络通信过程中，保障数据传输的安全至关重要。因此，我们需要了解网络安全协议（如SSL、TLS等）的工作原理及其在保护数据安全方面的作用。
2. 拥塞控制：随着网络负载的增加，网络拥塞问题日益突出。我们需要深入了解拥塞控制机制（如TCP拥塞避免算法等）如何确保网络的高效运行。
3. 传输质量：在网络通信中，传输质量是衡量通信性能的重要指标。为了提高传输质量，我们需要关注网络带宽、延迟、丢包率等因素，并了解如何通过优化网络配置来提高传输质量。
4. 网络拓扑：网络拓扑结构对网络性能有着重要影响。了解不同网络拓扑结构的特点（如星型、网状、环形等）及其在网络设计和优化方面的应用，有助于我们更好地理解和优化网络通信。
七、结论
本文深入探讨了网络通信的深层机制，包括基本原理、协议层次、传输过程以及网络中的关键组件。
通过本文的阐述，读者可以更好地理解网络通信的复杂性及其在实际应用中的重要性。
为了更好地适应信息时代的需求，我们需要不断学习和研究网络通信技术，以提高网络性能、保障数据安全并优化网络资源配置。
什么是网络通信?
网络通信开放分类： 网络一、网络协议是什么？通俗地说，网络协议就是网络之间沟通、交流的桥梁，只有相同网络协议的计算机才能进行信息的沟通与交流。 这就好比人与人之间交流所使用的各种语言一样，只有使用相同语言才能正常、顺利地进行交流。 从专业角度定义，网络协议是计算机在网络中实现通信时必须遵守的约定，也就是通信协议。 主要是对信息传输的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等作出规定并制定出标准。 二、网络协议的选择面对众多网络协议，我们可能无从选择。 不过要是事先了解到网络协议的主要用途，就可以有针对性的选择了。 以下是几种常用的网络协议：NetBEUI（NetBIOS Enhanced UserInterface）网络基本输入输出系统扩展用户接口NetBEUI协议是IBM于1985年提出。 NetBEUI主要为20到200个工作站的小型局域网设计的，用于NetBEUI、LanMan网、Windows For WorkgroUPS及Windows NT网。 NetBEUI是一个紧凑、快速的协议，但由于NetBEUI没有路由能力，即不能从一个局域网经路由器到另一个局域网，已不能适应较大的网络。 如果需要路由到其他局域网，则必须安装TCP/IP或IPX/SPX协议。 IPX/SPX（Internetwork Packet Exchange/Sequential PacketExchange）互连网包交换/顺序包交换它是由Novell提出的用于客户/服务器相连的网络协议。 使用IPX/SPX协议能运行通常需要NetBEUI支持的程序，通过IPX/SPX协议可以跨过路由器访问其他网络。 HDLC（High-Level Data Link Control）高层数据链路协议它是一组用于在网络结点间传送数据的协议。 在HDLC中，数据被组成一个个的单元（称为帧）通过网络发送，并由接收方确认收到。 HDLC协议也管理数据流和数据发送的间隔时间。 HDLC是在数据链路层中最广泛最使用的协议之一。 现在作为ISO的标准，HDLC是基于IBM的SDLC协议的，SDLC被广泛用于IBM的大型机环境之中。 在HDLC中，属于SDLC的被称为通响应模式（NRM）。 在通常响应模式中，基站（通常是大型机）发送数据给本地或远程的二级站。 不同类型的HDLC被用于使用X.25协议的网络和帧中继网络，这种协议可以在局域网或广域网中使用，无论此网是公共的还是私人的。 HTTP1.1（Hypertext Transfer Protocol Vertion 1.1）超文本传输协议-版本1.1它是用来在Internet上传送超文本的传送协议。 它是运行在TCP/IP协议族之上的HTTP应用协议，它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。 任何服务器除了包括HTML文件以外，还有一个HTTP驻留程序，用于响应用用户请求。 您的浏览器是HTTP客户，向服务器发送请求，当浏览器中输入了一个开始文件或点击了一个超级链接时，浏览器就向服务器发送了HTTP请求，此请求被送往由IP地址指定的URL。 驻留程序接收到请求，在进行必要的操作后回送所要求的文件。 HTTPS（Secure Hypertext Transfer Protocol）安全超文本传输协议它是由Netscape开发并内置于其浏览器中，用于对数据进行压缩和解压操作，并返回网络上传送回的结果。 HTTPS实际上应用了Netscape的完全套接字层（SSL）作为HTTP应用层的子层。 （HTTPS使用端口443，而不是象HTTP那样使用端口80来和TCP/IP进行通信。 ）SSL使用40 位关键字作为RC4流加密算法，这对于商业信息的加密是合适的。 HTTPS和SSL支持使用X.509数字认证，如果需要的话用户可以确认发送者是谁。 ICMP（Internet Control Message Protocol）Internet控制信息协议它是一个在主机和网关之间消息控制和差错报告协议。 ICMP使用IP数据报，但消息由TCP/IP软件处理，对于应用程序使用者是不可见的。 在被称为Catenet的系统中，IP协议被用作主机到主机的数据报服务。 网络连接设备称为网关。 这些网关通过网关到网关协议（GGP）相互交换用于控制的信息。 通常，赡养或目的主机将和源主机通信，例如，为报告在数据报过程中的错误。 为了这个目的才使用了ICMP，它使用IP做于底层支持，好像它是一个高层协议，而实际上它是IP的一部分，必须由其它IP模块实现。 ICMP消息在以下几种情况下发送：当数据报不能到达目的地时，当网关的已经失去缓存功能，当网关能够引导主机在更短路由上发送。 IP并非设计为设计为绝对可靠，这个协议的目的是为了当网络出现问题的时候返回控制信息，而不是使IP协议变得绝对可靠，并不保证数据报或控制信息能够返回。 一些数据报仍将在没有任何报告的情况下丢失。 常用的三个网络协议网络中不同的工作站，服务器之间能传输数据，源于协议的存在。 随着网络的发展，不同的开发商开发了不同的通信方式。 为了使通信成功可靠，网络中的所有主机都必须使用同一语言，不能带有方言。 因而必须开发严格的标准定义主机之间的每个包中每个字中的每一位。 这些标准来自于多个组织的努力，约定好通用的通信方式，即协议。 这些都使通信更容易。 已经开发了许多协议，但是只有少数被保留了下来。 那些协议的淘汰有多中原因---设计不好、实现不好或缺乏支持。 而那些保留下来的协议经历了时间的考验并成为有效的通信方法。 当今局域网中最常见的三个协议是MICROSOFT的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和交叉平台TCP/IP。 一：NETBEUINETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。 NETBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。 因为它不需要附加的网络地址和网络层头尾，所以很快并很有效且适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。 因为不支持路由，所以NETBEUI永远不会成为企业网络的主要协议。 NETBEUI帧中唯一的地址是数据链路层媒体访问控制（MAC）地址，该地址标识了网卡但没有标识网络。 路由器靠网络地址将帧转发到最终目的地，而NETBEUI帧完全缺乏该信息。 网桥负责按照数据链路层地址在网络之间转发通信，但是有很多缺点。 因为所有的广播通信都必须转发到每个网络中，所以网桥的扩展性不好。 NETBEUI特别包括了广播通信的记数并依赖它解决命名冲突。 一般而言，桥接NETBEUI网络很少超过100台主机。 近年来依赖于第二层交换器的网络变得更为普遍。 完全的转换环境降低了网络的利用率，尽管广播仍然转发到网络中的每台主机。 事实上，联合使用100-BASE-T Ethernet,允许转换NetBIOS网络扩展到350台主机，才能避免广播通信成为严重的问题。 二：IPX/SPXIPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组，避免了NETBEUI的弱点。 但是，带来了新的不同弱点。 IPX具有完全的路由能力，可用于大型企业网。 它包括32位网络地址，在单个环境中允许有许多路由网络。 IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。 服务广告协议（Service Advertising Protocol,SAP)将路由网络中的主机数限制为几千。 尽管SAP的局限性已经被智能路由器和服务器配置所克服，但是，大规模IPX网络的管理员仍是非常困难的工作。 三：TCP/IP每种网络协议都有自己的优点，但是只有TCP/IP允许与Internet完全的连接。 TCP/IP是在60年代由麻省理工学院和一些商业组织为美国国防部开发的，即便遭到核攻击而破坏了大部分网络，TCP/IP仍然能够维持有效的通信。 ARPANET就是由基于协议开发的，并发展成为作为科学家和工程师交流媒体的Internet。 TCP/IP同时具备了可扩展性和可靠性的需求。 不幸的是牺牲了速度和效率（可是：TCP/IP的开发受到了政府的资助）。 Internet公用化以后，人们开始发现全球网的强大功能。 Internet的普遍性是TCP/IP至今仍然使用的原因。 常常在没有意识到的情况下，用户就在自己的PC上安装了TCP/IP栈，从而使该网络协议在全球应用最广。 TCP/IP的32位寻址功能方案不足以支持即将加入Internet的主机和网络数。 因而可能代替当前实现的标准是IPv6。
详细谈谈七层网络结构
OSI模型的设计目的是成为一个所有销售商都能实现的开放网路模型，来克服使用众多私有网络模型所带来的困难和低效性。 OSI是在一个备受尊敬的国际标准团体的参与下完成的，这个组织就是ISO（国际标准化组织）。 什么是OSI，OSI是Open System Interconnection 的缩写，意为开放式系统互联参考模型。 在OSI出现之前，计算机网络中存在众多的体系结构，其中以IBM公司的SNA(系统网络体系结构)和DEC公司的DNA(Digital Network Architecture)数字网络体系结构最为著名。 为了解决不同体系结构的网络的互联问题，国际标准化组织ISO(注意不要与OSI搞混）于1981年制定了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。 这个模型把网络通信的工作分为7层,它们由低到高分别是物理层（Physical Layer),数据链路层（Data Link Layer),网络层(Network Layer),传输层（Transport Layer),会话层（Session Layer），表示层（Presentation Layer)和应用层（Application Layer)。 第一层到第三层属于OSI参考模型的低三层，负责创建网络通信连接的链路；第四层到第七层为OSI参考模型的高四层，具体负责端到端的数据通信。 每层完成一定的功能，每层都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持，而网络通信则可以自上而下（在发送端）或者自下而上（在接收端）双向进行。 当然并不是每一通信都需要经过OSI的全部七层，有的甚至只需要双方对应的某一层即可。 物理接口之间的转接，以及中继器与中继器之间的连接就只需在物理层中进行即可；而路由器与路由器之间的连接则只需经过网络层以下的三层即可。 总的来说，双方的通信是在对等层次上进行的，不能在不对称层次上进行通信。 OSI 标准制定过程中采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构办法。 在OSI中，采用了三级抽象，既体系结构，服务定义，协议规格说明。 [编辑本段]OSI的七层结构ISO将整个通信功能划分为七个层次,划分层次的原则是:1、网中各节点都有相同的层次。 2、不同节点的同等层次具有相同的功能。 3、同一节点能相邻层之间通过接口通信。 4、每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。 5、不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。 第一层：物理层（PhysicalLayer)，规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。 具体地讲，机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等；功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义，即定义了DTE和DCE之间各个线路的功能；规程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息时，DTE和DCE双方在各电路上的动作系列。 在这一层，数据的单位称为比特（bit）。 属于物理层定义的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。 第二层：数据链路层（DataLinkLayer):在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。 数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。 该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。 在这一层，数据的单位称为帧（frame）。 数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。 第三层是网络层(Network layer)在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。 网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。 网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。 如果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是“数据包”问题，而不是第2层的“帧”。 IP是第3层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。 有关路由的一切事情都在第3层处理。 地址解析和路由是3层的重要目的。 网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。 在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。 网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。 第四层是处理信息的传输层(Transport layer)。 第4层的数据单元也称作数据包（packets）。 但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。 这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。 第4层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。 所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。 传输层协议的代表包括：TCP、UDP、SPX等。 第五层是会话层(Session layer)这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。 会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。 如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。 第六层是表示层(Presentation layer)这一层主要解决用户信息的语法表示问题。 它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。 即提供格式化的表示和转换数据服务。 数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。 例如图像格式的显示，就是由位于表示层的协议来支持。 第七层应用层(Application layer)，应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。 应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。 通过 OSI 层，信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。 例如，计算机 A 上的应用程序要将信息发送到计算机 B 的应用程序，则计算机 A 中的应用程序需要将信息先发送到其应用层（第七层），然后此层将信息发送到表示层（第六层），表示层将数据转送到会话层（第五层），如此继续，直至物理层（第一层）。 在物理层，数据被放置在物理网络媒介中并被发送至计算机 B 。 计算机 B 的物理层接收来自物理媒介的数据，然后将信息向上发送至数据链路层（第二层），数据链路层再转送给网络层，依次继续直到信息到达计算机 B 的应用层。 最后，计算机 B 的应用层再将信息传送给应用程序接收端，从而完成通信过程。 下面图示说明了这一过程。 OSI 的七层运用各种各样的控制信息来和其他计算机系统的对应层进行通信。 这些控制信息包含特殊的请求和说明，它们在对应的 OSI 层间进行交换。 每一层数据的头和尾是两个携带控制信息的基本形式。 对于从上一层传送下来的数据，附加在前面的控制信息称为头，附加在后面的控制信息称为尾。 然而，在对来自上一层数据增加协议头和协议尾，对一个 OSI 层来说并不是必需的。 当数据在各层间传送时，每一层都可以在数据上增加头和尾，而这些数据已经包含了上一层增加的头和尾。 协议头包含了有关层与层间的通信信息。 头、尾以及数据是相关联的概念，它们取决于分析信息单元的协议层。 例如，传输层头包含了只有传输层可以看到的信息，传输层下面的其他层只将此头作为数据的一部分传递。 对于网络层，一个信息单元由第三层的头和数据组成。 对于数据链路层，经网络层向下传递的所有信息即第三层头和数据都被看作是数据。 换句话说，在给定的某一 OSI 层，信息单元的数据部分包含来自于所有上层的头和尾以及数据，这称之为封装。 例如，如果计算机 A 要将应用程序中的某数据发送至计算机 B ，数据首先传送至应用层。 计算机 A 的应用层通过在数据上添加协议头来和计算机 B 的应用层通信。 所形成的信息单元包含协议头、数据、可能还有协议尾，被发送至表示层，表示层再添加为计算机 B 的表示层所理解的控制信息的协议头。 信息单元的大小随着每一层协议头和协议尾的添加而增加，这些协议头和协议尾包含了计算机 B 的对应层要使用的控制信息。 在物理层，整个信息单元通过网络介质传输。 计算机 B 中的物理层收到信息单元并将其传送至数据链路层；然后 B 中的数据链路层读取计算机 A 的数据链路层添加的协议头中的控制信息；然后去除协议头和协议尾，剩余部分被传送至网络层。 每一层执行相同的动作：从对应层读取协议头和协议尾，并去除，再将剩余信息发送至上一层。 应用层执行完这些动作后，数据就被传送至计算机 B 中的应用程序，这些数据和计算机 A 的应用程序所发送的完全相同 。 一个 OSI 层与另一层之间的通信是利用第二层提供的服务完成的。 相邻层提供的服务帮助一 OSI 层与另一计算机系统的对应层进行通信。 一个 OSI 模型的特定层通常是与另外三个 OSI 层联系：与之直接相邻的上一层和下一层，还有目标联网计算机系统的对应层。 例如，计算机 A 的数据链路层应与其网络层，物理层以及计算机 B 的数据链路层进行通信。 [编辑本段]OSI模型与TCP/IP模型的比较TCP/IP模型实际上是OSI模型的一个浓缩版本，它只有四个层次：1.应用层2.运输层3.网际层4.网络接口层与OSI功能相比：应用层对应着OSI的 应用层 表示层 会话层运输层对应着OSI的传输层网际层对应着OSI的网络层网络接口层对应着OSI的数据链路层和物理层本文出自 技术博客
网络通信原理是怎样的
你说的网络应用程序是不是C/S结构啊,c/s(客户机/服务器)有三个主要部件：数据库服务器、客户应用程序和网络。 服务器负责有效地管理系统的资源，其任务集中于：1.数据库安全性的要求2.数据库访问并发性的控制3.数据库前端的客户应用程序的全局数据完整性规则4.数据库的备份与恢复客户端应用程序的的主要任务是：1.提供用户与数据库交互的界面2.向数据库服务器提交用户请求并接收来自数据库服务器的信息3.利用客户应用程序对存在于客户端的数据执行应用逻辑要求4.网络通信软件的主要作用是，完成数据库服务器和客户应用程序之间的数据传输。 三层C/S结构是将应用功能分成表示层、功能层和数据层三部分。 解决方案是：对这三层进行明确分割,并在逻辑上使其独立。 在三层C/S中， [u]表示层[/u] 是应用的用户接口部分,它担负着用户与应用间的对话功能。 它用于检查用户从键盘等输入的数据,显示应用输出的数据。 为使用户能直观地进行操作，一般要使用图形用户接口 (GUI)，操作简单、易学易用。 在变更用户接口时，只需改写显示控制和数据检查程序，而不影响其他两层。 检查的内容也只限于数据的形式和值的范围，不包括有关业务本身的处理逻辑。 [u] 功能层[/u] 相当于应用的本体，它是将具体的业务处理逻辑地编入程序中。 表示层和功能层之间的数据交往要尽可能简洁。 [u]数据层[/u] 就是DBMS，负责管理对数据库数据的读写。 DBMS必须能迅速执行大量数据的更新和检索。 现在的主流是关系数据库管理系统 (RDBMS)。 因此一般从功能层传送到数据层的要求大都使用SQL语言。 在三层或N层C/S结构中，中间件 (Middleware) 是最重要的部件。 所谓中间件是一个用API定义的软件层,是具有强大通信能力和良好可扩展性的分布式软件管理框架。 它的功能是在客户机和服务器或者服务器和服务器之间传送数据，实现客户机群和服务器群之间的通信。 其工作流程是:在客户机里的应用程序需要驻留网络上某个服务器的数据或服务时，搜索此数据的C/S应用程序需访问中间件系统。 该系统将查找数据源或服务，并在发送应用程序请求后重新打包响应,将其传送回应用程序。 随着网络计算模式的发展，中间件日益成为软件领域的新的热点。 中间件在整个分布式系统中起数据总线的作用，各种异构系统通过中间件有机地结合成一个整体。 每个C/S环境，从最小的LAN环境到超级网络环境,都使用某种形式的中间件。 无论客户机何时给服务器发送请求，也无论它何时应用存取数据库文件，都有某种形式的中间件传递C/S链路，用以消除通信协议、数据库查询语言、应用逻辑与操作系统之间潜在的不兼容问题。 三层C/S结构的优势主要表现在以下几个方面：1.利用单一的访问点，可以在任何地方访问站点的数据库；2.对于各种信息源，不论是文本还是图形都采用相同的界面；3.所有的信息，不论其基于的平台，都可以用相同的界面访问；4.可跨平台操作；5.减少整个系统的成本；6.维护升级十分方便；7.具有良好的开放性；8.系统的可扩充性良好；9.进行严密的安全管理；0.系统管理简单，可支持异种数据库，有很高的可用性。