一、简介

网络行业并不是为每个新服务的交付开发唯一而独立的系统，而是其自身整体采用一个开发框架，允许设计者理解当前网络平台并维护它们；同时，该开发框架也用于推进新技术的开发，从而支持未来的通信需求和技术改进。该开发框架的核心是使用广为认可的模型来描述网络规则及功能。

二、规则

1、通信基础知识

通信的三个要素：

1. 源 - 即发送方，向其他人或设备发送消息。
2. 通道 - 由为消息从源地址传送到目的地址提供路径的介质组成。
3. 目的 - 即接收方，接收并解释消息。

2、规则建立

成功的人际沟通所应遵守的规则包括：

1. 发送方和接收方的名字或标识（ID）
2. 双方一致同意的介质或通道（面对面、电话、信件、照片）
3. 适当的沟通模式（口头、书面、图示、互动或单向）
4. 公共语言和语法结构
5. 传递的速度和时间
6. 证实或确认要求

在两个人的交谈中，双方必须遵守许多规则或协议，才能顺利传达自己的消息并为对方所理解。
成功的计算机网络通信也需遵守一定的规则或协议。这些通信协议由消息的源、通道和目的的特性决定，比如不同的通道传输介质采用不同的协议。通信协议定义消息传输和传递的详细方式，与人际沟通规则类似，通信协议包括五个方面：

1. 消息编码
2. 消息格式和封装
3. 消息大小
4. 消息时序
5. 消息传输选项或模式

(1)消息编码

在发送消息时，首先执行的步骤之一是编码。编码是将思想转换成语言、符号或声音的过程，将信息转换为另一种可供传输的形式，其目的是为了便于传输 。解码是编码的逆向过程，其目的是解释信息/还原信息。
计算机网络通信也要进行编码。主机之间的编码必须采用适合介质的形式。通过网络发送的消息先由发送主机转换成比特位，然后根据用来传输的网络介质，将每一位编码成电子脉冲、光波或电磁波的样式。目的主机接收并解码信号，解释收到的消息。

(2)消息格式和封装

书信是人类书面交流最常用方式之一。私人信件一般都包含以下要素：

1. 收信人的身份标识
2. 称呼或问候
3. 信件正文
4. 结束语
5. 寄信人的身份标识

除正确格式外，大多数信件还必须用信封装好并密封， 以便投递。信封上要写对寄信人和收信人的地址。将一种消息格式（如信件）放入另一种消息格式（如信封）的过程称为封装。将消息从封装中取出来（如收信人从信封中取出信件）的过程即解封(装)。
就像信件封装在信封中进行投递一样，计算机消息也要进行封装，以方便传输和处理。每条计算机消息在通过网络发送之前都以特定的格式封装，称为帧（Frame）。帧就像信封一样，它提供目的地址和源地址等必要信息。其中硬件地址为MAC地址，身份标识对应为IP地址，一个完整的数据帧包括四个地址：目的/源MAC地址和目的/源IP地址。

(3)消息大小（长短）

在交谈时，为确保对方收到和理解话语的每个部分，可将谈话内容分成许多短句。如果本课程单元的所有内容显示为一个长句子，读起来会怎样？很显然，结果将难以阅读和理解。
计算机通信一样，计算机通信有以下方案来实现对应目的：

1. 源主机：将长消息分割为同时符合最小和最大长度要求的多个片段或帧。帧太长或太短都无法传送。（注：以太网帧：64~1518字节）每个帧也有自己的编址信息。
2. 目的主机：将消息的各个片段重新组合为原始消息。

(4)消息顺序（时间顺序）

消息时序的约定规则有以下三点。

1. 访问方法 - 访问方法决定人们可以发送消息的时间。如果两个人同时讲话，就会发生信息冲突，两人必须作出让步，重新开始。同样，计算机也必须定义访问方法。网络主机需要访问方法来了解开始发送消息的时间以及在出错时响应的方式。
2. 流量控制 - 时序还影响着可以发送的信息量和发送速度。如果一个人讲话太快，对方就难以听清和理解。在网络通信中，源主机和目的主机使用流量控制方法来协商成功通信的正确时序
3. 响应超时 - 如果一个人提问之后在合理的时间内没有得到回答，就会认为没有获得回答并作出相应的反应。此人可能会重复这个问题，也可能继续谈话。网络主机也会使用规则来指定等待响应的时长，以及在响应超时的情况下执行什么操作

(5)消息传输选项（消息模式）

存在下面三种情况：

1. 一对一传输选项称为单播。即消息只有一个目的地址。
2. 一对多传输选项称为组播或多播。组播是指同时发送同一条消息到一组目的主机。
3. 如果网络上所有主机都需要同时接收该消息，可使用广播。广播代表一对全体的消息传输选项。

三、协议

网络协议定义了用于设备之间交换消息的通用格式和规则，包括消息编码、格式和封装、大小、时序、模式等方面。常用的网络协议，例如：超文本传输协议（HTTP）、文件传输协议（FTP）、传输控制协议（TCP）、Internet协议（IP）

四、协议簇

执行某种通信功能所需的一组内在相关协议称为协议簇/族/栈。协议簇显示为分层结构，上层服务依赖于下层协议的功能：

1. 上层负责处理发送的消息内容
2. 下层负责通过网络传输数据和向上层提供服务

比如可简单使用一种粗略的分层结构来概括地描述一个面对面通信的示例：

1. 顶层－内容层：包含实际说出的词语，这就是通信的内容。
2. 中间－规则层：两人同意使用通用的语言交谈等。
3. 底层－物理层：有两个人，每个人都可通过声音说出词语。

五、标准组织

1、互联网标准组织

标准组织通常是中立于厂商的非营利性组织，标准组织包括：

1. Internet 协会 (ISOC) – 负责在全世界推进 Internet 的开放式开发、发展和使用。
2. 互联网架构委员会 (IAB) - 负责 Internet 标准的整体管理和发展。
3. 互联网工程任务组 (IETF) - 负责开发、更新和维护 Internet 和 TCP/IP 技术。包括用于开发新协议和更新现有协议的流程和文档，称为征求意见 (RFC) 文档。
4. 互联网研究任务组 (IRTF) - 负责 Internet 和 TCP/IP 协议相关的长期研究，包括：反垃圾电子邮件研究组（Anti-Spam Research Group，ASRG）、密码技术研究组（Crypto Forum Research Group，CFRG）和对等网络研究组（Peer-to-Peer Research Group，P2PRG）等。
5. 互联网名称与数字地址分配机构 (ICANN) - 总部设在美国，负责 全球IP地址分配、全球域名管理、TCP/IP 协议中使用的其他信息如端口号的分配。
   如：80 HTTP: RFC 1945、7540
6. FTP: RFC 114
7. POP3: RFC 1939
8. 互联网编号指派机构 (IANA) - 负责监督和管理 ICANN 中的 IP 地址分配、域名管理和协议标识符。可以说是ICANN的前身，现在被ICANN所掌管。

2、电子和通信标准组织

其他标准组织有责任推广和建立电子与通信标准，这些标准用于通过有线或无线介质将 IP 数据包作为电子信号传输。

1. 电气电子工程师协会IEEE（读作“I-triple-E”） - 是为致力于推动诸多行业领域的技术创新和标准创建的工程师设立的组织，涉及的领域包括电力与能源、医疗保健、电信和网络。（IEEE 802.3 以太网，IEEE 802.11 WLAN）
2. 电子工业协会 (EIA) - 因其在用于安装网络设备的电线、连接器和 19 英寸机架方面的标准而知名。网线制作与测试实验！EIA/TIA 568A/B标准电信工业协会 (TIA) - 负责开发各种领域的通信标准，包括无线电设备、手机信号塔、IP 语音 (VoIP) 设备和卫星通信等。网线制作与测试实验！
3. 国际电信联盟电信标准局 (ITU-T) - 是最大最早的通信标准组织之一。ITU-T 定义视频压缩、Internet 协议电视 (IPTV) 和宽带通信的标准，如数字用户线路(DSL)。

五、参考模型

1、网络分层模型

上层负责处理发送的消息内容
下层负责通过网络传输数据和向上层提供服务
各层相对独立、各司其职、协同工作
TCP/IP模型和开放式系统互联(OSI)模型是研究和讨论网络功能时使用的主要模型和通用语言。

2、使用分层模型的优点

1. 有助于协议设计：因为对在特定层工作的协议而言，它们的工作方式及其与上下层之间的接口都已确定。
2. 促进竞争：因为可同时使用不同厂商的产品。
3. 各层相对独立：避免一个协议层的技术或功能变化影响相邻其他层。
4. 提供了描述网络功能和能力的通用语言。

3、OSI参考模型

7 应用层定义应用软件与网络通信功能之间的接口并提供相关服务。 如：HTTP、FTP【经理】
6 表示层对应用层服务之间传输的数据规定了通用的表示方式或格式。【助理】
5 会话层为表示层提供组织对话和管理数据交换的服务。（单工、半双工、全双工）【秘书】
4 传输层为终端设备之间的每个通信定义了数据分段、传输和重组服务。TCP、UDP【公司司机】
3 网络层负责提供逻辑IP地址及选择路由，决定如何将数据从发送方路由到接收方。IP【分拣人员】
2 数据链路层协议描述了设备之间通过公共介质交换数据帧的方法。物理MAC地址【包装人员】
1 物理层协议描述的机械、电气、功能和操作方法用于激活、维护和停用网络设备之间比特传输使用的物理连接。【搬运人员】
（发送方的分段在传输层）

4、消息分段

将数据流划分为较小的片段称为分段。消息分段主要有两个优点：

1. 分段可以增强网络通信的效率。如果由于网络故障或网络拥塞，有部分消息未能传送到目的地，则只需重新传输丢失的部分。因为有顺序号/片段编号！
2. 通过发送一个个小片段，就可以在网络上交替发送许多不同会话，称为多路复用。
   在网络通信中，每个消息段必须经过相似的过程才能确保其到达正确目的设备，并重组恢复成原始消息的内容。

5、TCP/IP模型

TCP/IP 协议模型，有时也称为Internet模型，因为Internet遵循了TCP/IP模型的结构。如图，它定义了成功通信所必需的四类功能。
它分为四层：应用层、传输层、互联网层、网络接入层。分别对应OSI模型的765层、4层、3层、21层。