网络通信的基础知识

网络通信的基础知识1.1数据通讯1.1.1数据通讯的基本概念数据通讯是计算机和通讯相结合而发生的一种新的通讯方式，它是各类计算机通讯网赖以树立的基础。

数据通讯的开展曾经有30年的历史，在人类进入信息社会的进程中，数据通讯正起着越来越重要的作用。

数据通讯具有许多不同于传统的电报、的特点，由于它主要是〝人－机〞通讯或〝机－机〞通讯，因此发生了一系列的要求。

如：很多通讯进程都需求能自动完成，在传输中发作过失时能自动地停止校正。

同时由于信息处置内容与处置方式的不同，对通讯的要求会有很大的差异。

终端类型、传输代码、相应时间、传输速率、传输方式、系统结构、过失率等，需求思索的要素比拟复杂。

1.1.2数据通讯系统早期计算机网络都是一些面向终端的网络，以一台或几台主机为中心，经过通讯线路与多个远程终端相联，构成一个集中式网络。

如图1-1所示，一台主机经过通讯线路衔接了许多用户终端，各个用户终端可以共享主机的资源，包括它的数据处置才干、存储才干和信息资源。

该主机也可以具有交流功用，完成各个用户之间的相互通讯。

在这种结构中，每个终端用户都在通讯线路的终点，每条通讯线路为它所衔接的终端用户所公用。

当然，图中的终端用户也可以是另一台计算机。

图1-1 集中式网络60年代末，以美国国防部初级规划研讨局计算机网〔ARPA〕的降生为终点，出现了计算机与计算机之间的通讯和资源共享，开拓了计算机技术开展的一个新范围－网络化与散布处置技术。

如图1-2所示：主机和终端都和具有交流功用的通讯网络衔接，从网络的观念它们具有相反的位置，各个终端经过交流网络共享主机的资源，主机和终端也共享交流网络的资源。

交流网由交流机和把它们衔接成网络的通讯线路组成，各个终端用户可以经过交流网图1-2 交流式网络1.2分组交流原理1．1．1数据交流技术由于数据通讯誉户的许多不同的特点和要求，这就要求开展几种不同于交流的交流技术，现有的主要有以下三种：（一）电路交流数据通讯的电路交流是依据交流原理开展起来的一种交流发式，其进程相似于打，当用户要求发送数据时，交流网就在主叫用户终端和被叫用户终端之直接通一条物理的数据传输通路。

电路交流的主要优点是：(1)信息的传输时延小，对一次衔接来说，传输时延固定不变。

(2)信息以信号方式在数据通路中〝透明〞传输，交流机对用户的数据信息不存储、剖析和处置，交流机在处置方面的开支比拟小。

对用户的数据信息也不需求附加许多的用于控制的信息，信息传输的效率比拟高。

(3)信息的编码方法和信息格式不受限制。

电路交流的主要缺陷是：(1)电路的接续时间较长，在数据传输末尾之前，呼叫信号必需经过假定干交流机，失掉各交流机的认可，并传到最终被呼叫方，这个进程经常需求10秒甚至更长时间，短报文通讯效率低。

(2)电路资源被通讯双方独占，电路应用率低(3)通讯双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通讯规程等方面要完全兼容，这就限制了各种不同速率、不同代码格式、不同通讯规程的用户终端之间的互通。

(4)有呼损。

即能够由于用户终端设备忙或交流网负载过重而叫不通。

电路交流适宜于传输信息量较大，通讯对象比拟固定的用户。

世界各国对电路交流方式有过一段热潮时期，并且投资树立了电路交流数据通讯网，但是，由于它在完成各种不同类型和特性的数据终端设备〔包括计算机〕之间的互通方面灵敏性很差，它的开展不如分组交流方式，但是到目前为止电路交流原理在通讯中不时占着统治位置，步进制、纵横制、顺序控制的各代交流机都是基于电路交流原理。

DDN〔数字数据网〕提供了一种以专线方式入网的高速通讯方式。

用户终端经过DTU〔数据终端单元〕以专线方式接入DDN网，网内的DDN交流机之间以光纤联络，大大提高了信息传输的速度，如图1-3。

图1-3 DDN网（二）报文交流为了克制电路交流的缺陷，人们提出了报文交流的思想，它的基本原理是〝存储－转发〞，即假设用户A要向用户B发送信息，A用户不需求先叫通和B用户之间的电路，而只需与交流机接通，由交流机暂时把A用户要发送的报文接纳和存储起来，交流机依据报文提供的B用户的地址在交流网络中确定路由，并将报文送到输入线的队列上排队，等到该输入线闲暇时立刻将该报文送到下一个交流机，最后送到终点用户B。

报文交流的特征是：(1)报文以存储转发方式经过交流机，输入输入线路的效率、代码格式等可以不同，很容易实如今不同类型终端之间的相互通讯。

(2)在报文交流〔从A用户到B用户〕的进程中没有接续进程。

来自不同用户的报文可以在一条线路上以报文为单位停止多路复用，线路可以以它的最高传输才干任务，大大提高了线路应用率。

(3)用户不需求叫通对方就可以发送报文，无呼损，并可以节省通讯终端操作人员的时间。

假设需求，同一报文可以由交流机转发到许多不同的收信地点。

报文交流的主要缺陷是：(1)信息经过交流机时发生的时延大，而且时延的变化也大，不利于实时通讯。

(2)交流机要有才干存储用户发送的报文，其中有的报文能够很长，要求交流机有高速处置才干和大的存储容量。

普通要装备磁盘和磁带存储器，交流机的设备比拟庞大，费用较高。

(3)报文交流不适用于立刻对话的通讯方式。

报文交流适用于群众电报和电子信箱业务。

电子信箱是目前运用较为普遍的远程信箱处置系统，它应用存储转发方式为用户提供多种类型的信箱交流，其最基本的特点是用户可以在任何时间、任何地点发送和接纳信件，而不论通讯对方处于何种形状。

但该业务显然不适于实时通讯。

（三）分组交流前面所引见的电路交流不利于完成不同类型的数据之间的相互通讯，而报文交流传输信息时延又太长，不满足许多通讯系统的实时性要求，分组交流技术较好地处置了这些矛盾。

分组交流仍采用了报文交流的〝存储－转发〞方式，但不象报文交流那样以报文为单位交流，而是把报文截成许多比拟短的、被规格化了的〝分组〞〔PACKET〕停止交流和传输。

由于分组长度较短，具有同一的格式，便于在交流机中存储和处置，〝分组〞进入交流机后只在主存储器中停留很短的时间，停止排队和处置。

一旦确定了新的路由，就很快输入到下一个交流机或用户终端。

分组穿过交流机或网络的时间很短〔分组穿过一个交流机的时延平均为数毫秒或更短〕，可以满足绝大少数数据通讯誉户对信息传输的实时性要求。

分组交流的主要优点是：（1）向用户提供了不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通讯规程的数据终端之间可以相互通讯的灵敏的通讯环境。

（2）信息的传输时延较小，而且变化范围不大。

可以较好的反映会话型实时通讯的实时性要求。

（3）完成线路的静态统计时分复用，通讯线路〔包括中继线和用户线〕的应用率很高，在一条物理线路上可以提供多条信息通路。

（4）牢靠性高。

每个分组在网络上传输时可以在中继线和用户线上区分独立的停止过失校验。

使信息在分组交流网中传输的比特误码率大大降低，普通可达10E-10以下。

由于分组在交流网络中传输的路由是可变的，当网络的线路和设备发作缺点时，分组可以自动选择一条新的路由避开缺点点，而通讯不会中缀。

（5）经济性好。

信息以分组为单位在交流机中存储和处置，不要求交流机具有很大的存储容量，降低了用户的通讯费用。

分组交流网经过网络控制和管理中心〔NCC〕对网内设备实行比拟集中的控制和维护管理，节省了维护和管理费用。

分组交流的主要缺陷是：(1)由网络附加的传输信息多，对长报文通讯的传输效率比拟低。

我们把一份报文划分红许多分组在交流网中传输，为了保证这些分组可以依照正确的途径平安准确的抵达终点，要给每个数据分组加上分组信息(分组头)。

除此之外，我们还要设计许多不包括数据信息的控制分组，用它们来完成数据通路的树立、坚持和撤除，并停止过失控制以及数据流量控制等。

(2)技术完成复杂，分组交流机要对各种类型的分组停止剖析处置，为分组在网络中的传输提供路由，并且在必要时自动停止路由调整为用户提供速率、代码和规程的交流，为网络的维护管理提供必要的报告信息等，要求交流机要有较高的处置才干。

分组交流网与DDN网比拟可以失掉如下结果：DDN网可提供的通讯速率较高，比拟适宜于静态图象、可视图文等的传输，但投资大、通讯费用高；分组交流网投资小、通讯费用低，适宜于传输普通的文件、报表等。

关于普通的银行业务，如通存通兑、储蓄对工等，功用绰绰缺乏1.2.2分组交流原理分组交流的最基本的思想就是完成通讯资源的共享，它的出现使得越来越廉价的计算机的处置才干可以充沛应用昂贵的通讯资源。

1．2．2．1 通讯线路的资源共享为了经济有效的运用通讯线路，我们运用多路复用的方法，即组合多个低速的数据终端共同运用一条高速的线路。

可以运用各种不同的多路复用方法。

从如何分配传输资源的观念可以分为两类：〔一〕预分配资源法或固定分配资源法〔1〕时分复用(TDM)把线路传输的时间轮番分配给每个用户，每个用户只在分配的时间里向线路发送信息和接纳信息。

当在分配的时间里用户没有信息要传输时，这段时间不能由其他用户运用，而坚持为闲暇形状，如图1-4。

1 2 3 4 1 2 3 4 图1-4 时分复用〔2〕 频分复用把线路的频带资源分红多个子频带，区分分配给用户，构成数据传输子通路。

每个用户终端的数据经过专门分配给它的子通路传输。

当该用户没有数据传输时，别的用户不能运用。

此通路坚持闲暇形状。

如图1-5。

图1-5 频分复用上述两种方法都完成了由多个用户对一条传输线路的资源的共享。

但是由于在传输数据时都能够出现暂时的停顿，而使各个子信道的传输出现闲暇形状，线路的传输才干不能取得充沛的应用，这就是预分配的缺陷。

〔二〕 静态分配资源法(统计时分复用STDM)为了克制预分配资源的缺陷，我们采用用户有数据要传输时才给它分配资源的方法，即静态分配或按需分配，这种依据用户需求分配线路资源的方法称为统计时分复用。

这时每个用户的数据传输速率可以高于平均速率。

最高可到达线路总的传输才干，如图1-6。

TDMTDM闲暇形状图1-6 统计时分复用统计时分复用和预分配复用方式相比在各个终端与线路的接口处要添加两个功用：●缓冲控制●信息流控制这两项功用用于处置运用线路资源时发生的抵触。

1．2．2．2 数据同步方式要正确地传输数据，必需在发送端和接纳端之间完成数据的同步，异步实践上也是同步的一种方法。

〔一〕起止式同步起止式同步也称异步方式，其方法是在每一个字符的前面和前面区分添加了一个〝起〞比特和一个〝止〞比特，〝起〞比特和〝止〞比特具有相反的格式，起比特的长度和数据比特相反，电压特性与数据〝0〞相反，止比特的长度可以选择为数据比特的1、1.5、2倍，它的电压极性与〝1〞相反。

假设止比特结速时下一个起比特未末尾，那么止比特可以恣意延伸。

如图1-7。

图1-7 起止式同步由此可见，字符之间可以是不等距离的，因此称为异步方式。