
网络是指通过物理链路将各个孤立的工作站或主机相互连接,形成数据链路,从而实现资源共享与通信的目的。通信本质上是人与人之间借助某种媒介进行的信息交流与传递。而网络通信,则是通过网络将分散的设备连接起来,通过信息交换来实现人与人、人与计算机以及计算机与计算机之间的沟通。
在网络通信中,网络通信协议扮演着至关重要的角色。可以说,它是整个通信过程的基石。当前存在着多种网络协议,而在局域网环境中,最常被使用的有三种,分别是:微软公司推出的NETBEUI协议、NOVELL公司主导的IPX/SPX协议以及应用极为广泛的TCP/IP协议。在实际应用中,需要根据具体环境和需求来选择和配置合适的网络协议。
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通俗地理解,网络协议就如同网络世界中沟通与交流的桥梁。只有具备相同网络协议的计算机,才能顺利进行信息的交互与理解。这个道理类似于人类之间的对话:必须使用同一种语言,交流才能正常、顺畅地进行。从专业视角定义,网络协议是计算机在网络中进行通信时必须遵循的一系列约定与规则,即通信协议。它主要对信息传输的速率、传输代码的形式、代码本身的结构、传输控制的步骤以及出错控制机制等方面作出详细规定,并制定统一的标准。
面对众多的网络协议,选择时可能会感到困惑。然而,如果事先了解各种协议的主要用途和特点,就能进行有针对性的选择。以下是几种常用网络协议的详细介绍:
1. NetBEUI协议
NetBEUI(NetBIOS Enhanced User Interface,网络基本输入输出系统扩展用户接口)协议由IBM于1985年提出。它主要为包含20到200个工作站的小型局域网设计,适用于NetBEUI网、LanMan网、Windows For Workgroups及Windows NT网。该协议具有紧凑、快速的优点。但其主要局限在于没有路由能力,无法通过路由器从一个局域网访问另一个局域网,因此不能适应较大的网络环境。如果需要路由到其他局域网,则必须安装TCP/IP或IPX/SPX协议。
2. IPX/SPX协议
IPX/SPX(Internetwork Packet Exchange/Sequential Packet Exchange,互连网包交换/顺序包交换)协议由Novell提出,用于客户/服务器相连的网络。它能运行通常需要NetBEUI支持的程序,并且具备跨路由器访问其他网络的能力。
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3. HDLC协议
HDLC(High-Level Data Link Control,高层数据链路协议)是一组用于在网络结点间传送数据的协议。在HDLC中,数据被组织成称为“帧”的单元进行网络发送,并由接收方确认。该协议也管理数据流和数据发送的间隔时间。作为ISO的标准和目前数据链路层中应用最广泛的协议之一,HDLC基于IBM的SDLC协议(SDLC广泛用于IBM大型机环境)。在HDLC中,属于SDLC的部分被称为正常响应模式(NRM),在此模式下,基站(通常是大型机)向本地或远程的二级站发送数据。不同类型的HDLC被用于采用X.25协议的网络和帧中继网络,这种协议既可在局域网也可在广域网中使用,无论网络是公共还是私有的。
4. HTTP 1.1协议
HTTP 1.1(Hypertext Transfer Protocol Version 1.1,超文本传输协议-版本1.1)是用来在Internet上传送超文本的传送协议。它运行在TCP/IP协议族之上,作为HTTP应用协议,能使浏览器更加高效并减少网络传输。服务器除HTML文件外,还包含一个用于响应用户请求的HTTP驻留程序。浏览器作为HTTP客户端向服务器发送请求,当用户在浏览器中输入一个起始文件或点击一个超级链接时,请求便被送往由IP地址指定的URL。驻留程序接收请求,进行必要操作后回送所要求的文件。
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HTTPS(Secure Hypertext Transfer Protocol,安全超文本传输协议)由Netscape开发并内置于其浏览器中,用于对数据进行压缩、解压操作,并返回网络上传送的结果。HTTPS实际上应用了Netscape的安全套接字层(SSL)作为HTTP应用层的子层。它使用端口443与TCP/IP进行通信(不同于HTTP使用的端口80)。SSL使用40位关键字作为RC4流加密算法,适用于商业信息加密。HTTPS和SSL支持使用X.509数字认证,必要时用户可确认发送者身份。
5. HTTPS协议
6. ICMP协议
ICMP(Internet Control Message Protocol,Internet控制信息协议)是在主机和网关之间进行消息控制和差错报告的协议。ICMP使用IP数据报,其消息由TCP/IP软件处理,对应用程序使用者不可见。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)相互交换控制信息。通常,目的主机会与源主机通信,例如报告数据报处理过程中的错误,ICMP正是为此目的而设计。它使用IP作为底层支持,看似高层协议,实则是IP的一部分,必须由其他IP模块实现。ICMP在以下情况发送消息:当数据报不能到达目的地时;当网关已失去缓存功能时;当网关能够引导主机使用更短路由时。IP并非设计为绝对可靠,此协议的目的在于当网络出现问题时返回控制信息,而非保证IP协议的绝对可靠,它不确保数据报或控制信息能够返回,一些数据报仍可能在不被报告的情况下丢失。
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网络中不同的工作站和服务器之间能够传输数据,其根源在于协议的存在。随着网络发展,不同开发商创造了多样的通信方式。为了确保通信成功可靠,网络中的所有主机都必须使用同一种“语言”,避免“方言”。因此,必须制定严格的标准来定义主机之间每个数据包中每一位的含义。这些标准源于多个组织的共同努力,约定通用的通信方式,即协议。这使通信变得更容易。虽然已开发了许多协议,但只有少数留存下来。那些被淘汰的协议原因多样——设计不佳、实现不好或缺乏支持。而保留下来的协议则经历了时间考验,成为有效的通信方法。
以下是几类关键网络协议的详细说明:
一、局域网核心协议
NETBEUI协议
NETBEUI是IBM开发的非路由协议,用于承载NETBIOS通信。它缺乏路由和网络层寻址功能,这既是其最大优点也是主要缺点。由于不需要附加的网络地址和网络层头尾信息,它速度快、效率高,适用于单个网络或全桥接的小型工作组环境。
正因不支持路由,NETBEUI无法成为企业网络的主要协议。其帧中的地址是数据链路层的MAC地址,标识网卡而非网络。路由器依赖网络地址转发帧至最终目的地,而NETBEUI帧完全缺乏此信息。
网桥负责按数据链路层地址在网络间转发通信,但存在诸多缺点。由于所有广播通信都必须转发到每个网络,网桥扩展性差。NETBEUI特别包含广播通信计数并依赖其解决命名冲突。通常,桥接的NETBEUI网络主机数很少超过100台。随着第二层交换机的普及,完全的转换环境降低了网络利用率,尽管广播仍需转发至每台主机。实际上,结合100-BASE-T Ethernet,才允许转换的NetBIOS网络扩展到约350台主机,以避免广播通信成为严重问题。
IPX/SPX协议
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IPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组,它避免了NETBEUI的弱点,但也带来了新的不同弱点。
IPX具有完全的路由能力,适用于大型企业网。它包含32位网络地址,允许在单个环境中存在多个路由网络。
00008. 然而,IPX的可扩展性受限于其高层广播通信和高开销。服务广告协议(SAP)将路由网络中的主机数限制在几千台。尽管SAP的局限性已被智能路由器和服务器配置所克服,但管理大规模IPX网络仍然非常困难。
TCP/IP协议
每种网络协议都有其优点,但只有TCP/IP允许与Internet完全连接。TCP/IP在20世纪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,其设计目标是即使在核攻击破坏大部分网络后仍能维持有效通信。ARPANET正是基于此协议开发,并最终发展成为科学家和工程师交流的媒体——Internet。
TCP/IP同时满足了可扩展性和可靠性的需求,尽管在一定程度上牺牲了速度和效率。
Internet公用化后,人们开始意识到全球网络的强大功能。其普遍性是TCP/IP至今仍在使用的核心原因。用户常在无意中就在自己的PC上安装了TCP/IP协议栈,这使其成为全球应用最广泛的网络协议。
目前,TCP/IP的32位寻址方案已不足以支持即将加入Internet的主机和网络数量,IPv6是可能取代当前标准的下一代协议。
二、物理接口与广域网协议
RS-232-C
RS-232-C是OSI基本参考模型物理层的规格,决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及信号意义的逻辑特性。它由EIA发表,是RS-232-B的修改版,最初是为连接模拟通信线路中的调制解调器(DCE)与电传打印机等终端设备(DTE)而标准化的接口,后来也广泛应用于个人计算机的输入输出接口。
其主要特点包括:直通方式、双向通信、基带传输、电流环方式、串行传输,并在DCE与DTE间使用特定信号形态,采用交接方式和全双工通信。它与ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚连接器功能互换。
RS-232-C使用25引脚D-SUB连接器,DTE端接公插头,DCE端接母插座。电缆形状不固定,但多使用带屏蔽的24芯电缆,最大长度为15米。它支持在200K位/秒以下的任何速率进行数据传输。
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RS-449
RS-449是EIA于1977年发表的标准,规定了DTE和DCE之间的机械和电气特性。它旨在取代RS-232-C,但由于设备厂商广泛沿用旧标准,RS-232-C仍是最受欢迎且被广泛采用的接口。
RS-449使用ISO规格的37引脚及9引脚连接器。除二次通道电路外,所有相互连接电路使用37引脚连接器,二次通道电路则用9引脚连接器。
其电气特性方面,平衡电路遵循RS-422-A(与V.11规格相似),非平衡电路遵循RS-423-A(与V.10规格相似)。
三、其他重要通信与控制协议
HDLC(高级数据链路控制规程)与SDLC
HDLC是一种可靠性高、支持高速传输的控制规程。其特点包括:可进行任意位组合的传输;可不等待接收端应答而连续传输数据;错误控制严密;非常适合计算机间通信。HDLC相当于OSI参考模型数据链路层的标准方式之一,适用领域很广,近代协议的数据链路层大多基于HDLC。
SDLC(同步数据链路控制)是IBM制定的协议,并成为SNA体系结构的数据链路控制层协议,其内容实质上已被包含在HDLC之中。
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FDDI(光纤分布式数据接口)
FDDI是一种传输速度达100Mbps、采用光纤作为传输介质、由令牌控制的局域网技术。其物理传输时钟速度为125MHz,但实际有效速度为100Mbps。理论上最多可连接500个工作站,但建议在100个以下。
其连接形态主要有两种:一种是由主环和备用环构成的双环结构;另一种是以集线器为中心的树状结构。工作站间距离使用光纤可达2公里,使用双绞线则为100米,单模光纤的标准允许节点间距离超过2公里。
FDDI定义了三种接口类型:DAS(双连接站)、SAS(单连接站)和集线器。通常仅使用主环进行数据传输,备用环处于热备份状态。
SNMP(简单网络管理协议)
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SNMP是TCP/IP协议集中的网络管理协议,已被普遍采用。它使用管理者-代理模型对Internet进行管理,工作在TCP/IP的应用层。
其优点在于:不依赖于网络物理层属性即可规定协议;对所有网络和管理可采用共同协议;管理者和被管理者之间采用客户/服务器模式(管理者为客户机,称为管理器或管理站;被管理者为服务器,称为代理)。
代理的功能应包括管理操作系统和网络管理层,获取相关对象的各层信息,并通过SNMP协议通知管理者。管理者所需的对象信息存储在代理所含的MIB(管理信息库)虚拟数据库中。
SNMP要求能够获取或设置由管理者指定的代理网管对象。代理应响应管理者的请求,同时也能主动将本地发生的事件通知给管理者。
四、点到点协议
PPP(点到点协议)
PPP是作为RFC 1171/1172制定的Internet标准协议,用于在点对点线路上中继包括IP在内的多种LAN协议。它自设计之初就支持多协议,是一个独立于网络层协议的数据链路层协议。
PPP由两种协议构成:一是用于确保数据链路独立性的LCP(链路控制协议);二是用于在PPP环境中实现网络层协议控制功能的NCP(网络控制协议)。NCP需要针对每个网络层协议进行具体规定。
PPP帧能够传输LCP、NCP及网络层协议数据包。它对物理层规格没有特殊限制,可使用RS-232-C、RS-422/423、V.35等通用物理接口,并能利用物理层所容许的任何传输速度,但要求采用全双工通信线路。
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