编织世界：协议，计算机的“通用语”

不同配置、不同厂商的计算机是怎么做到相互通信的？这其中离不开“协议”的功劳。

互联网和现代局域网最核心的协议是TCP/IP协议族（包括IP、TCP、UDP等）。而在早期，局域网中曾流行过由Novell公司开发的IPX/SPX协议。此外还有仅限苹果计算机的AppleTalk，IBM公司开发的用于构建大型机网络的SNA，DEC公司开发的DECnet，以及施乐的XNS等。

协议，就是计算机与计算机之间通过网络通信时事先达成的一种约定。这一约定使不同厂商，不同配置的计算机能够相互通信。而如果，两个计算机之间遵循的协议不同，它们之间就不能通信。

打比方说，人与人交流需要靠语言，计算机之间也需要，而计算机用于相互通信的语言就是“协议”。使用同一种协议的两个计算机，就像说同一种语言的两人。而使用不同语言的两人，就是使用不同协议的两台计算机，两者无法交流。不同国家的人之间进行交流可以借助于翻译器，在计算机网络中，充当翻译器功能的是网关。

为什么计算机之间需要相同的协议才能通信？
这要说到计算机的结构。

CPU，也叫中央处理器，计算机的每个程序都是靠它调度执行的，可以说、一台电脑的性能高低，很大程度上取决于CPU的性能。有人说，计算机的发展史实际上是CPU的发展史。目前常用的CPU有Intel Core、Intel Atom，以及基于ARM架构的处理器，如高通的骁龙，苹果的M芯片等。

OS，即操作系统，是计算机基础软件，集合了CPU管理、内存管理、计算机外围设备管理以及程序运行管理等重要功能。一般情况下，TCP/IP协议的处理已经内嵌到了OS之中。常见的OS有UNIX、Windows、Mac OS X、Linux等。

CPU和OS的不同，导致计算机执行同一条指令有差异。如果将针对某些特定的CPU和OS制作的程序复制到不同的CPU和OS上，可能会导致运行失败。计算机所储存的数据，也因为CPU和OS的不同而不同。因此，如果要让CPU和OS不同的计算机之间相互通信，必须要有一个各方都支持并遵循的协议。

除此之外，一个CPU在同一时间只能运行一个程序。为了让多个程序同时运行，操作系统会采用CPU时间片轮转机制，在多个程序之间合理调度。这种方法叫做多任务调度。上一篇文章提到的分时系统便是应用了这种方法。

不止联网时需要协议，从物理连接层到应用程序的软件层都需要协议。因此，在设计计算机程序和硬件时，必须遵循既定协议。此外，与人不同，计算机不能通过对方的“语义”、“声音”和“表情”来揣测数据的原意。所以，在设计计算机程序与软件时必须充分考虑各种异常和对异常的处理。在遇到问题时也必须具备相应的程序与设备来应对。

协议实现了不同计算机之间的通信，那么，计算机之间的通信是以怎样的方式来完成的呢？
这就不得不提到我们之前说过的分组交换技术。

分组交换，就是将大数据拆分成一个个叫做“包”（Packet）的小单位进行传输的方法。

打比方说，你需要从北京运送1000本书送到上海，你可以整辆货车运输，这被叫做电路交换。在计算机网络之中，整辆货车运输需要先建立连接，即使用车道，而且这条车道在你使用的时候不能有其他车辆使用，你独占了这条车道。当货车到达上海，确认收到货之后，车道才能让别人用。

这种方法的问题在于建立连接时速度过慢，而且容易造成资源浪费。如果路上堵车或者货车开的慢，这条车道就一直被你占用，其他人无法通行。而且一但道路出现意外，都会导致整个通信中断。

而分组交换就是你将1000本书拆成10个包裹，每个包裹贴好标签，也就是包头，写清楚送货地址，收货地址，包裹序号。之后，将这10个包裹分别交给快递公司。快递公司不保证所有包裹都走同一条线。公司会根据实时路况，选择最快的路线。上海的收件人收到包裹后，根据书上的序号将书按顺序重新排列好。

分组交换的优势在于高效利用网络，并且面对不确定和不稳定性时能保持稳定高效，因为如果某条路线意外中断，后续包裹也会自动选择其他路线，保证通信不会中断。而且灵活性强，可以同时传送不同用户的包裹去往不同的目的地。同时还可以设定优先级，比如若语音通话包比电子邮件包高级，快递公司则会优先运送语音通话包。在分组交换中发送方和接收方不用保持完全同步，发送方可随时产生和发送数据包。

在计算机网络中，包裹上所写的信息叫做“报文首部”。通常，通信协议会规定报文首部会写什么，应当如何处理这些信息。计算机相互通信时则根据协议产生报文首部，读取首部内容。

但是在协议诞生之初，各种协议八仙过海，谁也不服谁，这时，就需要对协议进行标准化。

在计算机通信诞生之初，系统化和标准化并未引人注目，各厂商都出产自己的网络产品来实现计算机通信。对于协议的系统化，分层化没有强烈的认识。

1974年，IBM发布了SNA，将自己的计算机通信技术当做系统化网络体系结构公之于众，一时间各厂商纷纷发布各自的网络体系结构，大大推动了协议的系统化进程。

但各个厂商的网络体系结构、协议都不尽相同且不兼容，对用户来说，这意味着起初采取了
那家公司的计算机网络，就要一直使用同一厂商的产品。如果厂商破产，或者服务超过期限，就要将整套设备换掉。灵活性和可拓展性的缺乏对用户来说极其不便。

随着计算机地位的不断提高，不同计算机之间的兼容问题提上日程，OSI应运而生。

标准化是指使不同厂商所生产的异构产品之间具有兼容性、便于使用的规范化过程。家用电源插头和插座在没有统一标准之前，形状千奇百怪，电压和频率也有不同，而且安全规范缺乏，容易发生危险，在各个标准化组织的推动之下，电源插头和插座才如此安全，并且便利性极大，通用配置改变了一个电器有一个专门插座的情况，降低了生活成本。如今，插头插座随处可见，在图书馆，机场等地方，随插随用。可见标准化对我们的生活具有非常重要的影响。

标准化组织大致分为三类。第一类是国际级标准化组织，如ISO、ITU-U等。第二类是国家级组织，如中国的CAS，日本JISC，美国的ANSI。第三类是民间组织，如IETF等。

为了解决兼容问题，国际标准化组织(ISO)制定了OSI，对通信系统进行了标准化。虽然OSI协议并未普及，但OSI设计之初用作参考的OSI模型却经常被用于其他网络协议的制定。

TCP/IP并非ISO制定的国际标准，而是来自一个民间组织IETF。在当时，大学和计算机企业是推动TCP/IP标准化的中心力量。如今，TCP/IP作为一种业界标准，已经成为全世界广泛使用的通信协议。

协议的标准化使所有遵循标准协议的设备不再因为CPU或OS的差异而无法通信。可以说，协议的标准化推动了计算机网络的普及。

就这样，TCP/IP在实践中胜出，成为了计算机通信的通用语言。然而，在它背后，一套更为理论化、系统化的模型——OSI参考模型，为我们理解网络通信的每一个细节，提供了一张无可替代的地图。读懂这张地图，便能透彻地理解从物理线缆到软件应用的整个通信旅程。

据《图解TCP/IP》（第五版）第一章 网络基础知识 1.3协议 1.4协议由谁规定 整理

后记（2026.05.17）

依旧是公众号的旧文，我感觉没什么可以写的后记了，从现在的眼光来看当时的自己其实自己是进步还是没有进步？我看不出来，但是我觉得应该是进步了吧，至少以前的我不可能会建网站(笑)