网络协议基础包括的主要内容

3.2.2　网络协议基础

1. 网络协议

计算机网络涉及的环节非常多，对于覆盖面积广、连接用户多的公用计算机网络而言尤其如此。在同一个网络中可能接入不同厂商的设备，也可能使用不同的软件。也就是说，网络会有形形色色的能发送和接收信息的通信实体，包括终端、应用软件、通信进程等。要组成计算机网络，并保证通信实体之间信息交换的顺利进行，制定一组共同遵守的规则和约定非常必要。这组规则和约定就是网络协议（Protocol）。以下介绍几个比较常用的网络协议。

（1）TCP/IP 协议

TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。TCP/IP是Internet的基础协议，也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。在数据传送中，可以形象地理解为有两个信封，TCP和IP就像是信封，要传递的信息被划分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并在该信封面上记录有分段号的信息，再将TCP信封塞入IP大信封，发送上网。在接受端，一个TCP软件包收集信封，抽出数据，按发送前的顺序还原，并加以校验，若发现差错，TCP将会要求重发。因此，TCP/IP在 Internet中几乎可以无差错地传送数据。

（2）HTTP

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）是应用层协议，它定义Web页面如何从Web服务器传送到Web浏览器。

WWW是以Internet作为传输媒介的一个应用系统，WWW网上最基本的传输单位是Web网页。WWW的工作基于浏览器/服务器计算模式，由 Web浏览器（客户机）和Web服务器（服务机）构成，两者之间采用超文本传送协议（HTTP）进行通信。HTTP协议是基于TCP/IP协议之上的协议，是Web浏览器和Web服务器之间的应用层协议，是通用的、无状态的、面向对象的协议。HTTP协议的作用原理包括三个步骤：

① 联接：Web浏览器与Web服务器建立联接，打开一个称为socket（套接字）的虚拟文件，此文件的建立标志着联接成功。

② 请求：Web浏览器通过socket向Web服务器提交请求。HTTP的请求一般是GET或POST命令（POST用于FORM参数的传递）。

③ 应答：Web浏览器提交请求后，通过HTTP协议传送给Web服务器。Web服务器接到后，进行事务处理，处理结果又通过HTTP传回给Web浏览器。从而在Web浏览器上显示出所请求的页面。

HTTP的执行过程是这样的：在服务器向客户机传送文档之前，客户机和服务机需要建立TCP联接。TCP联接由客户机上的Web浏览器使用URL中的域名地址（如www.cctv.com）或者叫做服务器的地址来启动。与TCP的联接一旦建立，Web浏览器就发送一个HTTP请求消息（HTTP Request Message）到这个联接上，服务器接收到请求之后就给Web浏览器回送一个HTTP响应消息（Response Message），在服务器发送响应信息之后就断开TCP联接。

一个Web页面由许多Web对象组成，这些对象通常存储在服务器的文件系统中。所谓Web对象是指用URL标识的HTML文件、GIF图像文件、JPEG图像文件、视频文件、声音文件或者Java小应用程序等等，一个Web页面本身也是Web对象。例如，Web页面可由HTML格式的文本、JPEG格式图像和Java小应用程序组成。在传送Web页面时，传送一个对象需要建立一次TCP联接。当客户机接收到Web页面之后，Web浏览器就显示该网页。但不同公司开发的浏览器解释Web页面时，在客户机上显示出的格式可能会有所不相同。HTTP对如何在客户机上显示Web页面不做任何处理，HTTP仅仅定义在客户机和服务器之间如何传送数据。

（3）FTP

文件传送协议FTP（File Transfer Protocol）是Internet文件传送的基础。目前我们常常用它来从远程主机中拷贝所需的各类软件。

（4）Telnet

Telnet是Telecommunication Network Protocol的英文缩写，中文意思是远程通信网络协议。它是用来进行访问的工具。远程登录是相对于本地系统而言的。如本地的终端或计算机等。本地用户通过Telnet连接登录到那个系统就称为远程系统、远程计算机或远程主机。两者可以在同一处，也可以在不同一处，本地与远程的概念也是相对而言的，与距离无关。远程登录的目的是让远程计算机资源为本地服务。

与Internet信息服务一样，Telnet采用客户/服务器模式。在用户登录的远程系统上必须运行Telnet服务程序，在用户的本地计算机上需要安装Telnet客户软件。本地用户只能通过Telnet客户程序进行远程访问。远程登录时，用户通过本地的计算机的终端或键盘跟客户程序打交道。用户输入的信息会通过TCP连接传送到远程计算机上，由服务器程序接收后，自动执行处理并将输出信息送给客户方。注意的是：两方计算机都必须支持TCP/IP协议。远程主机必须运行Telnet服务程序，本地计算机也需运行Telnet客户程序。双方必须有TCP/IP协议。为了与远程主机建立Telnet连接，必须知道要与之建立的远程计算机的Internet主机域名或IP地址。要登录的远程主机必须有一个合法的账号。为了网络安全和保护资源，许多网络管理员，对每个账号都给予一定的访问权限，用户只能访问权限允许的相关资源。

（5）SMTP

SMTP（Simple Mail Transfer Protocol），简单邮件传输协议。它是Internet上传输电子邮件的标准协议，用于提交和传送电子邮件，规定了主机之间传输电子邮件的标准交换格式和邮件在链路层上的传输机制。SMTP通常用于把电子邮件从客户机传输到服务器，以及从某一服务器传输到另一个服务器。

2. 网络协议的层次结构

计算机网络的设计非常复杂，为简化其复杂程度，通常把计算机网络功能分成若干个层次。每一层次完成一定的功能，每一层次又建立在它的下层之上。层和协议的集合构成了网络体系结构。由于计算机技术的发展十分迅速，再加上不同利益集团之间的商业竞争，目前世界上存在着多种网络体系结构，不同类型的计算机网络同时存在。当然，许多协议之间有很大的兼容性。比较流行和知名的网络协议有：国际标准化组织（ISO）提出的“开放系统互联参考模型（OSI/RM）”、美国国防部提出的“TCP/IP协议族”、国际电报电话咨询委员会（CCITT）就公用分组交换网制定的“X.25协议”、电气和电子工程师协会（IEEE）提出的“IEEE802标准组”等。

3. ISO/OSI网络体系结构

为了解决不同系统的互联问题，1984年国际标准化组织（ISO）提出了“开放系统互联参考模型（OSI/RM）”，简称OSI参考模型。该网络体系结构是一种不基于特定网络设备、操作系统的网络体系结构，定义了异种机连网的标准框架。该模型已成为国际标准。OSI模型将网络通信分成7层，每层包含了不同的网络活动、设备或协议，从最高层到最低层的基本功能分别是：

（1）应用层。即OSI模型的最高层是应用层。其充当应用程序访问网络服务的窗口。本层服务直接支持用户的应用程序，如文件传输、数据库访问和电子邮件等。应用层处理一般的网络访问、流量控制和错误恢复。

（2）表达层。确定计算机之间交换数据的格式，可称其为网络转换器。表达层负责协议转换、翻译数据、加密数据、改变或转换字符集以及扩展图形命令。表达层也负责管理数据压缩以便减少网上数据传输。

（3）会话层。允许不同计算机上的两个应用程序建立、使用和结束称作会话的连接。本层也执行名字识别以及安全性等功能，以允许两个应用程序跨网络通信。

（4）传输层。是除会话层外又提供了一级连接。传输层确保报文无差错、按序、不丢失、无重复的传输。

（5）网络层。负责信息寻址和将逻辑地址和名字转换为物理地址。本层既决定从源到目的地计算机之间的路由，根据网络情况、服务的优先级和其他因素等，确定数据应流经哪条通道；也管理网络通信问题，如报文交换、路由和数据竞争控制等。

（6）数据链路层。负责从网络层向物理层发送数据帧。在接收端，其将来自物理层的比特数据流打包为数据帧。

（7）物理层。即OSI模型的最低层是物理层。这一层负责在物理介质上传输比特数据流。物理层充当通信电缆线的电的、光的、机械的功能性接口，物理层也传输高层所产生的数据信号。除了物理层，没有哪一层可以与另一台计算机的对等层之间直接传递信息。

4. 网络应用与应用层协议

网络应用的范围非常广泛，如Web服务、文件传输、电子邮件、网络新闻、电子商务等，以及现在正在构思和开发的应用等，如声音点播、网际多目标广播（IP Multicasting）、影视点播和互联网电话等等，这些叫做网络应用（Networking Applications）。

这些网络应用通过相应的应用层协议来支持。如HTTP、FTP、SMTP、网络新闻传输协议NNTP（Network News Transfer Protocol）和远程登录Telnet等等。这些应用层协议的主要目的是把文件从一台主机传送到另一台主机。协议的主要内容是定义信息的内容、信息类型的语法结构、包含的信息的含义以及确定通信程序何时发送信息和接收信息的规则。

网络应用和网络应用层协议是两个不同的概念。例如，万维网（英文名为 World Wide Web或者 WWW）是全球超媒体信息网，是网络应用的典范，它可通过应用层协议HTTP让用户从Web服务器上得到文档资料。它所运行的模式叫做浏览器/服务器（Browser/Server）模式。

Web应用程序主要由下面几个部分组成：① 文档格式标准（如HTML）；② Web浏览器（如Netscape Navigator和Internet Explorer）；③ Web服务器；④ 应用层协议HTTP。

Web系统是负责把用超文本标记语言（HTML）编写的多媒体文件从运行Web的服务的服务器上传送到运行Web浏览器的客户机，而 Web的应用层协议HTTP是网络应用的一小部分。执行应用层协议的软件有两个单独的部分：一部分在服务器上运行，另一部分运行在客户机上。如电子邮件系统是负责把电子邮件从源端电子邮件服务器传送到终端电子邮件服务器，而简单邮件传输协议（SMTP，Simple Message Transfer Protocol）是该应用系统的一部分。

许多软件包都组合了执行多种协议的应用程序。例如，微软公司的Internet Explorer和Netscape公司的 Netscape Communicator就有Web浏览器、电子邮件读写器、新闻阅读器等应用程序，这样就把用户、应用程序、应用层协议和传输层协议联在一起。互联网的许多协议都定义在征求评议文件（RFC，Request For Comments）中。随着技术的不断更新，RFC也在不断修改。RFC经过讨论和实践之后就成为标准。