具體構(gòu)成描述

因特網(wǎng)是一個(gè)世界范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即它是一個(gè)互聯(lián)了遍及全世界數(shù)十億計(jì)算設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。在不久前，這些計(jì)算設(shè)備多數(shù)是傳統(tǒng)的桌面PC、Linux工作站以及所謂的服務(wù)器。然而，越來(lái)越多的非傳統(tǒng)的因特網(wǎng)“物品”正在與因特網(wǎng)相連。的確，在許多非傳統(tǒng)設(shè)備連接到因特網(wǎng)的情況下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)術(shù)語(yǔ)有些過(guò)時(shí)了。用因特網(wǎng)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，所有這些設(shè)備都稱為主機(jī)或端系統(tǒng)。據(jù)估計(jì)，到2015年大約有50億臺(tái)設(shè)備與因特網(wǎng)連接，而到2020年該數(shù)字將達(dá)到250億。2015年，全世界已有超過(guò)32億因特網(wǎng)用戶，接近世界人口的40%。

端系統(tǒng)通過(guò)通信鏈路和分組交換機(jī)連接到一起。其中，通信鏈路由不同類(lèi)型的物理媒體組成。這些物理媒體包括同軸電纜、銅線、光纖和無(wú)線電頻譜。不同的鏈路能夠以不同的速率傳輸數(shù)據(jù)，鏈路的傳輸數(shù)據(jù)以比特/秒度量。當(dāng)一臺(tái)端系統(tǒng)要向另一臺(tái)端系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分段，并為每段加上首部字節(jié)。由此形成的信息包用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的術(shù)語(yǔ)稱為分組。這些分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到目的端系統(tǒng)，在那里轉(zhuǎn)配成初始數(shù)據(jù)。

分組交換機(jī)從它的一條入通信鏈路接收到達(dá)的分組，并從它的一條出通信鏈路轉(zhuǎn)發(fā)該分組。市面上流行著各種類(lèi)型、各具特色的分組交換機(jī)，但在當(dāng)今的因特網(wǎng)中，兩種最著名的類(lèi)型是路由器和鏈路層交換機(jī)。這兩種類(lèi)型的交換機(jī)朝著最終目的地轉(zhuǎn)發(fā)分組。鏈路層交換機(jī)通常用于接入網(wǎng)中，而路由器通常用于網(wǎng)絡(luò)核心中。從發(fā)送端系統(tǒng)到接收端系統(tǒng)，一個(gè)分組所經(jīng)歷的一系列通信鏈路和分組交換機(jī)稱為通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)的路徑。思科公司估計(jì)到2016年年底全球年度IP流量將超過(guò)澤字節(jié)，到2019年超過(guò)2澤字節(jié)。

由于傳送分組分組交換網(wǎng)絡(luò)在許多方面類(lèi)似于承載車(chē)輛的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括了高速公路、公路和交叉口。例如，考慮下列情況，一個(gè)工廠需要將大量貨物搬運(yùn)到數(shù)千公里以外的某個(gè)目的地倉(cāng)庫(kù)。在工廠中，貨物要分開(kāi)并裝上卡車(chē)車(chē)隊(duì)。然后，每輛卡車(chē)獨(dú)立地通過(guò)高速公路、公路和立交橋組成的網(wǎng)絡(luò)向倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸貨物。在目的地倉(cāng)庫(kù)，卸下這些貨物，并且與一起裝載的同一批貨物的其余部分堆在一起。因此，在許多方面，分組類(lèi)似于卡車(chē)，通信鏈路類(lèi)似于高速公路和公路，分組交換類(lèi)似于交叉口，而端系統(tǒng)類(lèi)似于建筑物。就像卡車(chē)選取運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的一條路徑前行一樣，分組則選取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一條路徑前行。

端系統(tǒng)通過(guò)因特網(wǎng)服務(wù)提供商接入因特網(wǎng)，包括如本地電纜和電話公司那樣的住宅ISP、公司ISP、大學(xué)ISP，在機(jī)場(chǎng)、旅館、咖啡店和其他公共場(chǎng)所提供WIFI接入的ISP，以及為智能手機(jī)和其他設(shè)備提供移動(dòng)接入的蜂窩數(shù)據(jù)ISP。每個(gè)ISP自身就是一個(gè)由多臺(tái)分組交換機(jī)和多段通信鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)。各ISP為端系統(tǒng)提供了各種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)接入，包括如線纜調(diào)制解調(diào)器或DSL那樣的住宅寬帶接入、高速局域網(wǎng)接入和移動(dòng)無(wú)線接入。ISP也為內(nèi)容提供者提供因特網(wǎng)接入服務(wù)，將Web站點(diǎn)和視頻服務(wù)器直接連入因特網(wǎng)。因特網(wǎng)就是將端系統(tǒng)彼此互聯(lián)，因此為端系統(tǒng)提供互聯(lián)的ISP也必須互聯(lián)。較低層的ISP通過(guò)國(guó)家的、國(guó)際的較高層ISP互聯(lián)起來(lái)。較高層ISP則則是通過(guò)高速光纖鏈路互聯(lián)的高速路由器組成的。無(wú)論是較高層還是較低層ISP網(wǎng)絡(luò)，他們每個(gè)都是獨(dú)立管理的，運(yùn)行著IP協(xié)議，遵從一定的命名和地址規(guī)則。

端系統(tǒng)、分組交換機(jī)和其他因特網(wǎng)部件都要運(yùn)行一系列協(xié)議，這些協(xié)議控制因特網(wǎng)中信息的接收和發(fā)送。TCP和IP協(xié)議是因特網(wǎng)中兩個(gè)最為重要的協(xié)議。IP協(xié)議定義了在路由器和端系統(tǒng)之間發(fā)送和接收的分組格式。因特網(wǎng)的主要協(xié)議統(tǒng)稱為T(mén)CP/IP。

鑒于因特網(wǎng)協(xié)議的重要性，每個(gè)人就各個(gè)協(xié)議及其作用取得一致認(rèn)識(shí)是很重要的，這樣人們就能夠創(chuàng)造協(xié)同工作的系統(tǒng)和產(chǎn)品。這正是標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮作用的地方。

因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是由因特網(wǎng)工程任務(wù)組研發(fā)。IETF的標(biāo)準(zhǔn)文檔稱為請(qǐng)求評(píng)論。RFC最初只是普通的請(qǐng)求評(píng)論，目的是解決因特網(wǎng)先驅(qū)者們面臨的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議問(wèn)題。RFC文檔往往是技術(shù)性很強(qiáng)并相當(dāng)詳細(xì)的。他們定義了TCP、IP、HTTP、SMTP等協(xié)議。目前已經(jīng)有將近7000個(gè)RFC。其他組織也在指定用于網(wǎng)絡(luò)組件的標(biāo)準(zhǔn)，最引人注目的是網(wǎng)絡(luò)鏈路的標(biāo)準(zhǔn)。例如，IEEE 802 LAN/MAN標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)【IEEE 802 2016】制定了以太網(wǎng)和無(wú)線WIFI的標(biāo)準(zhǔn)。

服務(wù)描述

前面的討論已經(jīng)辨識(shí)了構(gòu)成因特網(wǎng)的許多部件。但是我們也能從一個(gè)完全不同的角度，即從為應(yīng)用程序提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施的角度來(lái)描述因特網(wǎng)。除了諸如電子郵件和Web沖浪等傳統(tǒng)應(yīng)用外，因特網(wǎng)還包括移動(dòng)智能手機(jī)和平板電腦應(yīng)用程序，其中包括即時(shí)訊息、與實(shí)時(shí)道路流量信息的映射、來(lái)自云的音樂(lè)流、電影和電視流、在線社交網(wǎng)絡(luò)、視頻會(huì)議、多人游戲以及基于位置的推薦系統(tǒng)。因?yàn)檫@些應(yīng)用程序涉及多個(gè)相互交換數(shù)據(jù)的端系統(tǒng)，故它們被稱為分布式應(yīng)用程序。重要的是，因特網(wǎng)應(yīng)用程序在端系統(tǒng)上，即它們并不運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)核心中的分組交換機(jī)中。盡管分組交換機(jī)能夠加速端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，但它們并不在意作為數(shù)據(jù)的源或宿的應(yīng)用程序。

我們稍深入探討一下為應(yīng)用程序提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施的含義。為此，假定你對(duì)某種分布式因特網(wǎng)應(yīng)用有一個(gè)激動(dòng)人心的新想法，它可能大大地造福于人類(lèi)，或者它可能直接使你名利雙收。你將如何把這種想法轉(zhuǎn)化成一個(gè)實(shí)際的因特網(wǎng)應(yīng)用呢？因?yàn)閼?yīng)用程序運(yùn)行在端系統(tǒng)上，所以你需要編寫(xiě)運(yùn)行在端系統(tǒng)的一些軟件。例如，你可能用C、Java或Python編寫(xiě)軟件。此時(shí)，因?yàn)槟阊邪l(fā)一種分布式因特網(wǎng)應(yīng)用程序，運(yùn)行在不同端系統(tǒng)的軟件將需要互相發(fā)送數(shù)據(jù)。此時(shí)我們碰到了一個(gè)核心問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致了另一種描述因特網(wǎng)的方法，即將因特網(wǎng)描述為應(yīng)用程序的平臺(tái)。運(yùn)行在端系統(tǒng)上的應(yīng)用程序怎樣才能指令因特網(wǎng)向運(yùn)行在另一個(gè)端系統(tǒng)上的軟件發(fā)送數(shù)據(jù)呢？

與因特網(wǎng)相連的端系統(tǒng)提供了一個(gè)套接字接口，改接口規(guī)定了運(yùn)行在另一個(gè)端系統(tǒng)上的程序請(qǐng)求因特網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施向運(yùn)行在另一個(gè)端系統(tǒng)的特定目的地程序交付數(shù)據(jù)的方式。因特網(wǎng)套接字接口是一套發(fā)送程序必須遵循的規(guī)則集合，因此因特網(wǎng)能夠?qū)?shù)據(jù)交付給目的地。此時(shí)，我們做一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)比。假定Alice使用郵政服務(wù)向Bob發(fā)一封信。當(dāng)然，Alice不能只是寫(xiě)了這封信然后把信丟出窗外。相反，郵政服務(wù)要求Alice將信放入一個(gè)信封中；在信封的中間寫(xiě)上Bob的全名、地址和郵政編碼；封上信封；在信封的右上角貼上郵票；最后將該信封丟進(jìn)郵局的一個(gè)郵政服務(wù)信箱中。因此，該郵政服務(wù)有自己的“郵政接口服務(wù)”或一套規(guī)則，這是Alice必須遵循的，這樣郵政服務(wù)才能將她的信件交給Bob。同理，因特網(wǎng)也有一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的程序必須遵循套接字接口，使因特網(wǎng)向接收數(shù)據(jù)的程序交付數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，郵政服務(wù)向顧客提供了多種服務(wù)，如特快專(zhuān)遞、掛號(hào)、普通服務(wù)等。同樣，因特網(wǎng)向應(yīng)用程序提供了多種服務(wù)。當(dāng)你研發(fā)一種因特網(wǎng)應(yīng)用程序時(shí)，也必須為你的應(yīng)用程序選擇其中的 一種因特網(wǎng)服務(wù)。

我們已經(jīng)給出了因特網(wǎng)的兩種描述方法：一種是根據(jù)它的硬件和軟件組件來(lái)描述，另一種是基礎(chǔ)設(shè)施像向分布式應(yīng)用程序提供的服務(wù)來(lái)描述。

什么是協(xié)議？

1、人類(lèi)活動(dòng)的類(lèi)比

也許理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議這一概念的一個(gè)最容易的辦法是，先與某些人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行類(lèi)比，因?yàn)槲覀內(nèi)祟?lèi)無(wú)時(shí)無(wú)刻不止在執(zhí)行協(xié)議?？紤]到當(dāng)你想要向某人詢問(wèn)時(shí)間將要怎么做。人類(lèi)協(xié)議要求一方首先進(jìn)行問(wèn)候，然后開(kāi)始與另一個(gè)人的通信。對(duì)“你好”的典型響應(yīng)是返回一個(gè)“你好”報(bào)文。此人用一個(gè)熱情的“你好進(jìn)行響應(yīng)”，隱含著一種指示，表明能夠繼續(xù)向那人詢問(wèn)時(shí)間了。對(duì)最初的“你好”的不同響應(yīng)也許表明了一個(gè)勉強(qiáng)的或不能進(jìn)行的通信。在此情況下，按照人類(lèi)協(xié)議，發(fā)話者就不能詢問(wèn)時(shí)間了。有時(shí)，問(wèn)的問(wèn)題根本得不到任何回答，在此情況下，按照人類(lèi)協(xié)議，發(fā)話者通常會(huì)放棄向這個(gè)人詢問(wèn)時(shí)間。注意在我們?nèi)祟?lèi)協(xié)議中，有我們發(fā)送的特定報(bào)文，也有我們根據(jù)接收到的應(yīng)答報(bào)文或其他時(shí)間采取的動(dòng)作。顯然，發(fā)送和接收的報(bào)文，以及這些報(bào)文發(fā)送和接收或其他事件出現(xiàn)時(shí)所采取的動(dòng)作，這些在一個(gè)人類(lèi)協(xié)議中起到了核心作用。如果人們使用不同的協(xié)議，這些協(xié)議就不能交互，因而不能完成有用的工作。在網(wǎng)絡(luò)中這個(gè)道理同樣成立。即為了完成一項(xiàng)工作，要求兩個(gè)通信實(shí)體運(yùn)行相同的協(xié)議。

我們?cè)倏紤]第二個(gè)人類(lèi)類(lèi)比的例子。假定你正在大學(xué)課堂里上課。教師正在嘮嘮叨叨地講述協(xié)議，而你困惑不解。這名教師停下來(lái)問(wèn)：“同學(xué)們你們有什么問(wèn)題嗎？”你舉起了手。這位教師面帶微笑地示意你說(shuō)：“請(qǐng)講……”接著你就問(wèn)了問(wèn)題。教師聽(tīng)取了你的問(wèn)題并加以回答。我們?cè)僖淮慰吹搅藞?bào)文的發(fā)送和接收，以及這些報(bào)文發(fā)送和接收時(shí)所采取的一系列約定俗成的動(dòng)作，這些是這個(gè)“提問(wèn)與回答”協(xié)議的關(guān)鍵所在。

2、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類(lèi)似于人類(lèi)協(xié)議，除了交換報(bào)文和采取動(dòng)作的實(shí)體是某些設(shè)備的硬件或軟件組件。在因特網(wǎng)中，涉及兩個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程通信實(shí)體的所有活動(dòng)都受協(xié)議的制約。例如，在兩臺(tái)物理上連接的計(jì)算機(jī)中，硬件實(shí)現(xiàn)的協(xié)議控制了在兩塊網(wǎng)絡(luò)接口卡間的“線上”得比特流；在端系統(tǒng)中，擁塞控制協(xié)議控制了在發(fā)送方和接收方之間傳輸?shù)姆纸M發(fā)送的速率；路由器中的協(xié)議決定了分組從源到目的地的路徑。在因特網(wǎng)中協(xié)議運(yùn)行無(wú)處不在。

以大家可能熟悉的一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為例，考慮當(dāng)你向一個(gè)Web服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求時(shí)所發(fā)生的情況。首先，你的計(jì)算機(jī)向該Web服務(wù)器發(fā)送一條連接請(qǐng)求報(bào)文，并等待回答。該Web服務(wù)器將最終能接收到連接請(qǐng)求報(bào)文，并返回一條連接響應(yīng)報(bào)文。得知請(qǐng)求該Web文檔正常以后，計(jì)算機(jī)則在一條GET報(bào)文中發(fā)送要從這臺(tái)Web服務(wù)器上取回的網(wǎng)頁(yè)名字。最后，Web服務(wù)器向計(jì)算機(jī)返回該Web網(wǎng)頁(yè)。

以上述的人類(lèi)活動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)例子中可見(jiàn)，報(bào)文的交換以及發(fā)送和接收這些報(bào)文時(shí)所采取的動(dòng)作是定義一個(gè)協(xié)議的關(guān)鍵元素：

協(xié)議定義了在兩個(gè)或多個(gè)通信實(shí)體之間交換的報(bào)文的格式和順序，以及報(bào)文發(fā)送和接收一條報(bào)文或其他事件所采取的動(dòng)作。

因特網(wǎng)廣泛地使用了協(xié)議。不同的協(xié)議用于完成不同的通信任務(wù)。某些協(xié)議簡(jiǎn)單而直接了當(dāng)，而某些協(xié)議則復(fù)雜且晦澀難懂。掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域知識(shí)的過(guò)程就是理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的構(gòu)成、原理和工作方式的過(guò)程。