形形色色的網絡“交通規則”——漫談網絡通信與傳輸介質

大家知道，在高速公路上行車必須要遵守交通規則，交通規則是交通管理部門人為制定的，所有行車人必須要遵守的統一規則。而上計算機網絡也要遵守“交通規則”，這就是計算機網絡協議。
通過網絡連接的計算機系統之間的通信必須遵守一定的約定和規程，才能保證能夠相互連接和正確交換信息。這些約定和規程是事先制定的，并以標準的形式固定下來。計算機網絡協議與人的會話規則很相似，要想順利地進行會話，會話雙方必須用同一規則發音、連詞造句，只能講英語的人和只能講漢語的兩個人不能直接對話。

　說得簡單一點，計算機網絡協議就是網絡的“建筑標準”，網絡怎么打地基，怎樣建第一層，怎樣建第二層，怎樣建第三層，上一層建筑和下一層建筑之間如何協調。這就是所謂的網絡體系結構的層次化概念。對于采用這種概念設計的網絡體系結構，在用戶要求追加或更改通信程序的功能時，不用改變整個結構，只需拆換一部分，改變一下有關層次的程序模塊就行了。

　計算機網絡協議的標準化是從1974年開始的。那一年，IBM公司為了使本公司產品之間的通信標準化制定了系統網絡體系結構SNA標準，從此開始了數據通信系統網絡協議的標準化。

　在IBMSNA標準的刺激下，20世紀70年代后半期各主要計算機生產商紛紛發表了自己的網絡體系結構。從20世紀80年代起，由于計算機網絡的應用開始以顯著的速率增長，大多數的制造商都在生產各自的網絡體系結構，像IBM公司的令牌環網、蘋果公司的AppleTalk等等。為了有利于產品的開發和銷售，各公司都對自家的計算機與數據終端的協議進行了標準化。正是這種原因，形成了目前“交通規則”的多樣化。

X.25協議

　X.25是目前較為普遍的一種數據傳輸協議，但其數據傳輸率比較低，一般是64k比特/秒。在沒有安裝先進的Modem時，通過電話撥號入網的用戶的傳輸率最高不會超過9.6比特/秒。甚至只有很少端口的速率能夠達到2.4k比特/秒。這一速率對LAN間連接是不實際的。

　歷史上，X.25聯網是通過干擾很大的模擬線路實現的，該協議包含了功能很強的差錯恢復機制，特別是Novell的IPX信息包在通過X.25網時，IPX和X.25都具有內含的差錯校正功能。所以至少在X.25網絡層上，許多X.25包中包含了大量的IPX確認信息，而這些信息是對X.25已經確認收到包的再確認。雙重差錯檢驗使連接速率受到更大的限制，當然這是一種浪費。

目前接入X.25網的方式有兩類：

1.采用高速專用線路
　該類線路數據傳輸速率根據實際情況為19.2k比特/秒、56或64k比特/秒甚至1.544兆比特/秒，完全采用X.25協議。這種連接方式費用較高，通常只供繁忙的主計算機用。

2.采用撥號電話線路
　該類線路在計算機與網絡之間不提供X.25數據處理能力?？梢酝ㄟ^建立專用網或是公用數據網獲得分組交換服務。

TCP/IP協議
　說起Inte.net，不可能不提到TCP/IP協議。隨著Internet的普及，TCP/IP也傳遍了世界。TCP/IP的具體原理十分繁復，由于它同Internet密不可分，這里只簡略談一下。

　Internet的前身是APRANET。在APRANET的開發過程中，科學家們面臨連接數千臺不同類型計算機這一難題，于是美國國防部高級研究計劃局開發出了TCP/IP協議來解決這個問題。

　1980年，美國國防部高級研究計劃局在其網絡的計算機上安裝了第一個TCP/IP模塊。美國國防部高級研究計劃局規定到1983年1月所有接入ARPANET的計算機都必須采用TCP/IP協議。更為重要的是，美國國防通訊局開始開發為與美國國防部TCP/IP標準一致的測試和驗證軟件。對產品的要求是應當遵守有關的標準，但當時卻存在一個實際并不完全遵守協議的問題。產品的設計師為了省錢，去掉了某些“不需要”的功能，或為了保持產品特點增加了一點新的內容，因而國防通訊局需要對TCP/IP產品進行檢查和驗證，以保證TCP/IP產品完全符合標準，并確實是可互操作的。

　這項測試計劃于1987年完成，所取得的成果對許多計算機和操作系統進行了驗證，有幾百種產品符合標準。在美國，許多公司和幾乎所有的聯邦政府機構及大學都已經利用了TCP/IP軟件的可用性和標準化。TCP/IP的管理人員也承認國際標準化組織（ISO）在開發非商業專用協議上的成果，并公開支持所開發的程序。

　TCP/IP中IP的概念就是Internet地址。我們所熟知的電子郵件，其地址就是以此為基礎。這是一個分配給網絡各節點的32位數字，根據網絡的規?？捎懈鞣N地址類型，即IP地址。用這些數字來標識節點所在的主網和子網，用地址來標識某個特定節點和提供網關用來確定信息從一臺機器傳送到另一臺機器的路徑。IP模塊為了通訊必須知道另一網際地址。在不同TCP/IP網絡之間起網關作用的機器具有與每個網不同的網際地址。

　從概念上說，支持TCP協議的軟件是獨立存在的。TCP用由分組交換網的串行端口或從以太網接收的數據進行操作，在概念上它可以不需要或者說不必知道IP。但在實際操作應用中，TCP是TCP/IP的一個完整的組成部分，并經常與IP一起工作。

　TCP/IP按標準格式傳送數據并使數據可用于高層協議中。高層協議所面對的已不是“0”或“1”的信息流，而是完整信息的發送和接收。這些協議包括文件傳送協議、簡單郵件傳送協議和稱為Telnet的終端仿真與通訊程序。支持TCP/IP協議的程序能夠向用戶提供網絡上異型機登錄的能力，使用一條標準命令可以列出所需的目錄和文件以及遠程機器交換文件。

ATM協議

　計算機網絡不但要支持傳統的電信業務，而且要支持高速增長的Internet業務，因此現代的計算機網絡必須具備提供綜合業務的能力。傳統的計算機網絡都有提供異步通信的能力，而這一能力的實現是基于傳統轉發的分組交換技術。而電信提供該類實時通信的能力，主要是基于時分復用的電路交換技術。

　ATM是英文AsynchronousTransferMode的縮寫，中文譯成異步傳輸方式。ATM協議的引入，旨在統一上述兩種傳送模式，從而支持所有業務，并以此提高網絡的利用率。

　ATM網內的數據采用異步傳輸模式，數據以53字節單元進行傳輸，提供高達1.2G比特/秒的傳輸率，有預測網絡延時的能力?？梢詡鬏斦Z音、視頻等實時信息，曾被認為是最有發展前途的網絡類型之一。

　20世紀80年代，ATM協議及技術是被作為B-ISDN的基本技術看待的。按照當時的說法，B-ISDN，是“能夠支持現有的電信業務，并且能夠支持將來可能出現的各種電信業務的通信網絡”。因此，在當時同時存在電話交換網和分組交換網的情況下，ATM協議的出現是有震撼意義的。大家把它看成一種前所未有全能的且具有重大意義的新一代技術。有人認為它將會一統天下，從而結束多種通信網并存的混亂局面。那時的計算機界、通訊界無不在談論ATM，如果哪個網絡公司沒有發展ATM的計劃，這個公司可能會在同行面前抬不起頭來。

　其實ATM并不神秘。按此方式，數字形式的業務信息以信息分組為單位非等時地在網中傳輸、交換和處理，最終到達目的地用戶。和目前通常采用同步固定速率信道的同步方式相比，這種方式的最大優點是網絡可動態地分配傳輸資源給各個用戶，大大提高了網絡的效率。
ATM包括ATM單元、ATM交換機、ATM虛連接幾個部分：

1.ATM單元
　在ATM網絡中，信息單元由53個字節構成，其中包括5個字節的頭標和48字節的數據。頭標由許多用于路由選擇的信息字段組成，與目標地址、源地址以及數據包中所要求的網絡鏈路層字段相比，ATM頭標的尋址字段是結構化的。另外，ATM單元的數據部分使用定長的48個字節，替代不定長的數據包數據。

2.ATM交換機
　它如同普通電信網中的程控交換機，只不過是用在ATM網絡中。ATM交換機是任何一種ATM網絡都必需的多端口網絡設備，其中每個端口至多只能連接一個端節點，不同的端節點必能共享連接到同一個端口的鏈路，采用ATM交換機有許多優點，它允許在同一個網絡上以多種鏈路速度同時進行操作。

3.ATM虛連接
　ATM網絡與傳統網絡技術的區別還在于其建立虛連接的方式，即通過網絡傳輸數據的路由有所不同。每一虛連接在傳輸數據之前都要通過服務質量度量參數進行協調。虛連接允許對網絡的數據流量進行控制。

　在信息電路交換模式中，收發兩端之間建立了一條傳輸速率固定的信息通路。在通信過程中，不論是否發送了信息，該通路均被某呼叫所獨占，這種傳送模式被稱為同步傳輸模式（英文簡稱STM）。而在分組交換模式中，不對呼叫分配固定電路，僅當發送信息時才送出分組。從原理上講，這種模式可以適應任何傳輸速率，但由于協議的控制復雜等原因，很難滿足高速通信的要求。

　ATM技術繼承了電路交換方式中速率的獨立性和高速分組交換方式對任意速率的適應性，針對兩者的缺點采取相應對策，以實現高速傳送綜合業務信息的能力。

　支持Internet和計算機局域網是ATM協議技術目前最大的應用。Internet和LAN都借助ATM技術提升了速度并獲得了交換能力，解決了其迅速發展中遇到的關鍵問題。ATM技術則借Internet和LAN得到了大量的應用鏈路層規程軟件和現有環境的支持，終于找到了一個現實的網絡應用的落腳點。二者具有完美的互補關系。

　目前，CHT－TL（一個國際計算機網絡研究試驗組織）已經開發了ATM試驗網絡，該網絡由10個切換節點組成，提供寬帶服務、遠程數學、電視會議等。最近，國際ATM試驗在我國臺灣省、香港特區及新加坡和美國已經成功完成。

DTM協議

　有一句歌詞：“不是我不明白，這世界變化快?！?BR>　
　已經快速變化的通信世界，因為DTM的出現而更加令人眼花繚亂。在ATM協議的基礎上，在Internet快速發展的背景下，DTM出現了。所謂DTM（DynamicSynchronousTransferMode）即動態同步傳輸模式，它能更好地為Internet上的TCP/IP協議提供支持。

　通信世界的傳送對象，其實只有連續流信息和突發性信息兩種。適應前者的，是各種同步時分傳送系統；適應后者的，是各種分組傳送系統。人們始終在探討兩種傳送系統統一的可能性。發現一種統一的支持兩種傳送對象的技術的嘗試，首先導致了ATM的出現。

　ATM從提出到現在，已經十年有余。中間歷經多少風雨，如今總算有了一席之地。雖然爭論仍然有，統一傳送的目的也遠未達到。DTM同樣是一種嘗試，如果說ATM是一種類似分組系統的技術，則DTM更是一種類似同步時分系統的技術。它試圖不僅滿足傳送連續信息的需求，而且滿足傳送突發信息的需求。

　DTM完全利用大容量的光纖，為帶寬需求大并有嚴格服務質量要求的應用提供了合適的承載手段。DTM的現實系統出現于1990年，并在實驗環境中被測試，其基本原理得到了良好的驗證，相應的協議也發展得較為完善，并正在準備實現標準化。先期試驗后就準備推出產品，目前已有可用的試驗系統。

　和ATM相比，DTM只是剛剛出現。目前已經有了數量龐大的ATM技術規范和許許多多的ATM網絡，而DTM標準還尚待完善，設備大部分還處于試驗階段。

　自20世紀40年代以來人們就夢想能擁有一個世界性的信息庫。在這個數據庫中數據不僅能被全球的人們存取，而且應該能輕松地鏈接其它地方的信息，以便用戶可以方便快捷地獲得重要的信息。
隨著科學技術的迅猛發展，人們的這個夢想已經變成了現實，它就是目前正在使用的最流行的系統——“環球信息網WWW”（WorldWideWeb）。它的完整的正式定義是“WWWisawide-areahypermediainformationretrievalinitiativetogiveuniversalaclearcase/" target="_blank" >ccesstolargeuniverseofdocuments.”也就是：WWW是一個以Internet為基礎的計算機網絡，它允許用戶在一臺計算機通過Internet存取另一臺計算機上的信息。從技術角度上說，環球信息網是Internet上那些支持WWW協議和超文本傳輸協議HTTP(HyperTextTransportProtocol)的客戶機與服務器的集合，透過它可以存取世界各地的超媒體文件，內容包括文字、圖形、聲音、動畫、資料庫、以及各式各樣的軟件。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com