1.0 介紹

在過(guò)去的幾十年里，通信領(lǐng)域以非常快的速度發(fā)展。最初只流行語(yǔ)音通信，但是微處理器、微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備的出現(xiàn)徹底改變了整個(gè)場(chǎng)景。今天，大量的信息，大部分以數(shù)字形式，在幾分之一秒內(nèi)被傳送到全球各地，幾乎沒(méi)有任何錯(cuò)誤。海量的數(shù)據(jù)以及更快、可靠和安全的通信是當(dāng)前的需要。

來(lái)自源頭的原始信息可以是模擬形式或數(shù)字形式。如果是模擬信號(hào)，則先將其數(shù)字化，然后再發(fā)送。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括傳輸、接收和處理后的原始數(shù)據(jù)的提取。

網(wǎng)絡(luò)是一組通過(guò)通信鏈路相互連接的設(shè)備(通常稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)或站點(diǎn))。節(jié)點(diǎn)的可以是計(jì)算機(jī)、打印機(jī)或任何能夠向與網(wǎng)絡(luò)相連的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的設(shè)備。一個(gè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)基本上對(duì)其容量沒(méi)有任何限制。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將工作站與計(jì)算機(jī)主機(jī)、自動(dòng)柜員機(jī)連接到銀行系統(tǒng)、航空公司和酒店預(yù)訂、電子郵件傳輸、信息高速公路、媒體和新聞中心等。

上圖顯示了計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。黑點(diǎn)是通過(guò)高速線路連接的交換機(jī)。也有連接到不同類(lèi)型終端的計(jì)算機(jī)，有些沒(méi)有與它們相關(guān)的任何連接。

有三種類(lèi)型的終端:本地、遠(yuǎn)程和孤終端 。本地計(jì)算機(jī)在中等帶寬下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而高速交換計(jì)算機(jī)需要更高的帶寬，因?yàn)樗鼈儾僮鞣浅？臁?/p>

2.0 特征

一個(gè)有效、可靠的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)必須滿(mǎn)足下列標(biāo)準(zhǔn)或?qū)傩裕?/p>

• 快速性: 要求主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸盡可能快。吞吐量是衡量速度的指標(biāo)。隨著網(wǎng)絡(luò)流量的增加，吞吐量下降，延遲增加。
• 傳輸和響應(yīng)時(shí)間: 必須盡可能短。傳輸時(shí)間是消息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，而響應(yīng)時(shí)間是查詢(xún)和相應(yīng)響應(yīng)之間的時(shí)間。
• 成本: 建立、維護(hù)和運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的成本必須是最低的。
• 效率: 網(wǎng)絡(luò)的主要部分不能長(zhǎng)時(shí)間處于空閑狀態(tài)。
• 安全: 任何惡意的入侵者都不能訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。
• 錯(cuò)誤: 系統(tǒng)必須盡可能無(wú)錯(cuò)誤。

3.0 連接類(lèi)型

網(wǎng)絡(luò)由通信鏈路連接的兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。鏈接是信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑。有兩種類(lèi)型的連接用于節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)或多點(diǎn)傳輸。如下入圖所示：

4.0 數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)和組織

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于數(shù)據(jù)和電信行業(yè)至關(guān)重要，以便設(shè)備制造商遵守這些商定的標(biāo)準(zhǔn)。這將確保不同制造商的設(shè)備在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上的互操作性。標(biāo)準(zhǔn)、指南和框架是由組織、政府機(jī)構(gòu)、制造商和通信行業(yè)設(shè)備用戶(hù)組成的聯(lián)盟所建立的。數(shù)據(jù)、電訊及網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)組織有:國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)、國(guó)際電信聯(lián)盟電信部門(mén)(ITU-T)、電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)、電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)、電信行業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)、互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)委員會(huì)(IAB)、互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)、互聯(lián)網(wǎng)研究任務(wù)組(IRTF)。

5.0 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h5>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲傅氖怯?jì)算機(jī)、電纜和組件之間的相互連接方式，包括物理和邏輯兩方面。物理連接是指網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際鋪設(shè)，邏輯連接是指數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)的實(shí)際傳遞方式。

用于網(wǎng)絡(luò)目的的不同拓?fù)溆?網(wǎng)狀、星形、總線、環(huán)形和混合。

5.1 網(wǎng)狀

在網(wǎng)狀拓?fù)渲?，每個(gè)站或節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接與每個(gè)其他節(jié)點(diǎn)連接。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，n目網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須與其余(n - 1)個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。因此，總共需要n(n - 1)條物理鏈路。然而，對(duì)于全雙工模式，通信同時(shí)發(fā)生在任何一個(gè)方向，總共需要n(n - 1)/2個(gè)雙工模式鏈路。

下圖顯示了由四個(gè)站點(diǎn)組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，由于專(zhuān)用鏈接，數(shù)據(jù)可以從一個(gè)鏈接移動(dòng)到另一個(gè)鏈接，而不受系統(tǒng)負(fù)載的影響。二是保障數(shù)據(jù)安全/隱私。第三，該系統(tǒng)具有健壯性，即鏈接中的故障不會(huì)影響系統(tǒng)的其他部分。第四，故障節(jié)點(diǎn)很容易被檢測(cè)到。第五，當(dāng)檢測(cè)到故障節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以進(jìn)行引流。

由于點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，電纜長(zhǎng)度和成本的增加以及大量的布線可能會(huì)導(dǎo)致空間問(wèn)題。

5.2 星型

在這里，每個(gè)工作站或節(jié)點(diǎn)都連接到一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)，稱(chēng)為集線器。 它充當(dāng)一個(gè)多點(diǎn)連接器。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的任何數(shù)據(jù)交換都只通過(guò)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行。如下圖所示：

星型網(wǎng)絡(luò)具有一定優(yōu)勢(shì)。首先，該體系本質(zhì)上是穩(wěn)健的。也就是說(shuō)，如果鏈路發(fā)生故障，該特定節(jié)點(diǎn)和集線器之間的數(shù)據(jù)交換就會(huì)失敗，而不會(huì)影響任何其他節(jié)點(diǎn)。故障檢測(cè)和隔離非常容易。其次，更少的電纜導(dǎo)致更低的成本。第三,在添加/更改/刪除的情況下，重新配置任何節(jié)點(diǎn)都非常容易。

如果中央計(jì)算機(jī)或集線器故障，則星型網(wǎng)絡(luò)故障。同樣，根據(jù)某些情況，需要更多的電纜。星型拓?fù)渫ǔ?yīng)用于局域網(wǎng)中。

5.3 總線

這種類(lèi)型，有一根長(zhǎng)電纜作為骨干，小電纜(線)從它連接到各個(gè)站點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)。這種連接是用接頭連接的。當(dāng)信號(hào)沿著干線傳播時(shí)，會(huì)因?yàn)榻宇^的存在而變?nèi)酢＿@限制了總線技術(shù)可以支持的接頭數(shù)量和涉及的距離。方案如下圖所示：

總線拓?fù)溆袝r(shí)被稱(chēng)為線性或水平總線?？偩€拓?fù)渫ǔ０ㄒ粋€(gè)集中放置的主機(jī)，它控制與其他計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)/信息流。

總線拓?fù)湫枰痰碾娎|長(zhǎng)度。但故障檢測(cè)/隔離/重新連接有困難。在現(xiàn)有系統(tǒng)中添加額外的節(jié)點(diǎn)也很困難。由于信號(hào)反射，在抽頭處也存在信號(hào)質(zhì)量下降的可能。中繼或總線電纜的任何故障或斷裂都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的完全故障。

5.4. 環(huán)型

環(huán)形拓?fù)湓谌我鈨蓚€(gè)連續(xù)的設(shè)備之間有一個(gè)專(zhuān)用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。各站串聯(lián)連接，形成閉環(huán)。如下圖所示：

環(huán)內(nèi)的通信是單向的。針對(duì)某一特定站點(diǎn)的信息沿著環(huán)沿一個(gè)方向傳遞。環(huán)形拓?fù)洌窨偩€和星型拓?fù)湟粯?，通常有一個(gè)位于中央的主機(jī)，控制數(shù)據(jù)/信息流到網(wǎng)絡(luò)中的其他站點(diǎn)。

使用環(huán)形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)在于它容易安裝和重新配置。故障隔離非常容易。每當(dāng)需要添加/刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，最大環(huán)長(zhǎng)度和環(huán)拓?fù)渲惺褂玫淖畲笤O(shè)備數(shù)量是需要考慮的唯一問(wèn)題。

5.5 混合

它通常是前面討論過(guò)的拓?fù)涞幕旌?。星型和總線拓?fù)涞慕M合，如下圖所示：

它顯示了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中三條線星型連接到集線器。站或節(jié)點(diǎn)連接到這三條線路中的每一條。混合拓?fù)浣Y(jié)合了星型和總線拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)。

6.0 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序

網(wǎng)絡(luò)就是通過(guò)通信鏈路在計(jì)算機(jī)之間共享資源和數(shù)據(jù)。通信網(wǎng)絡(luò)的重要參數(shù)包括傳輸?shù)目煽啃浴⑺俣?、?shù)據(jù)的安全性和性能。

在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須考慮到特定的應(yīng)用程序。為特定應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)將很好地用于該應(yīng)用程序類(lèi)別，但如果應(yīng)用程序特征更改，則可能無(wú)法工作。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序分為面向連接協(xié)議和無(wú)連接協(xié)議。在面向連接的協(xié)議中，大量的加密、錯(cuò)誤檢查和握手等開(kāi)銷(xiāo)在很大程度上降低了數(shù)據(jù)傳輸速率，而在無(wú)連接的協(xié)議中，這些可靠性特性被省去，從而在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。

7.0 網(wǎng)絡(luò)組件

各種網(wǎng)絡(luò)組件有助于網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。它們是:服務(wù)器、傳輸介質(zhì)、共享數(shù)據(jù)、客戶(hù)端、共享打印機(jī)和其他外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)、硬件/軟件資源、本地操作系統(tǒng)(LOS)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS)。

服務(wù)器是向網(wǎng)絡(luò)提供特定服務(wù)的計(jì)算機(jī)。用戶(hù)可以通過(guò)服務(wù)器訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。不同類(lèi)型的服務(wù)器提供不同的服務(wù)，如路由服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、終端服務(wù)器、web服務(wù)器、打印機(jī)服務(wù)器、文件服務(wù)器、郵件服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等。

路由服務(wù)器連接具有類(lèi)似架構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換連接具有不同體系結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)。文件服務(wù)器將文件的副本從服務(wù)器提供給請(qǐng)求相同文件的客戶(hù)機(jī)(用戶(hù))。

傳輸介質(zhì)也稱(chēng)為鏈路、通道或線路。它們可以是同軸電纜、雙絞線或光纖，用于將計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)。

共享數(shù)據(jù)由最終用戶(hù)(計(jì)算機(jī))使用，并由文件服務(wù)器提供。例如:電子郵件、打印機(jī)訪問(wèn)程序等。

位于網(wǎng)絡(luò)兩端的計(jì)算機(jī)是使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩说蕉颂幚頂?shù)據(jù)傳遞的客戶(hù)端?？蛻?hù)端從服務(wù)器請(qǐng)求必要的服務(wù)，接收相同的服務(wù)并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)NIC，它的作用是格式化、處理、控制、傳輸和從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)。在發(fā)送端，NIC將格式化的數(shù)據(jù)傳遞到物理層。在接收端，NIC從物理鏈路接收格式化的數(shù)據(jù)，從中去除開(kāi)銷(xiāo)，并根據(jù)其內(nèi)容進(jìn)行相同的處理。網(wǎng)卡必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序才能在它所連接的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。

LOSs允許計(jì)算機(jī)根據(jù)需要訪問(wèn)文件、cd和打印機(jī)。例如Windows 、Linux。

NOS是一種允許計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)交互的軟件。因此，它可以在計(jì)算機(jī)和服務(wù)器上運(yùn)行。NOS提供密碼認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)管理功能、數(shù)據(jù)文件和打印機(jī)的訪問(wèn)等。NOS的一些例子是IBM LAN Server, UNIX，Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare等。

8.0 網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)

網(wǎng)絡(luò)是按大小分類(lèi)的。它包括地理區(qū)域、速度、計(jì)算機(jī)數(shù)量、媒體和物理架構(gòu)。初始一級(jí)分類(lèi)包括局域網(wǎng)、城域網(wǎng)(城域網(wǎng))、廣域網(wǎng)(wan)和全球局域網(wǎng)(GANs)。一些更主要的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型是建筑骨干網(wǎng)、校園骨干網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。此外，個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(pan)和電力線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PLANs)正在迅速趕上網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。在pan中，數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)人體通過(guò)簡(jiǎn)單的觸摸進(jìn)行的，而plan則使用現(xiàn)有的交流配電網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。