网络通信的基础知识gqoz.docx
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1、数据通信信与网络络基础知知识1.1数数据通信信1.1.1数据据通信的的基本概概念 数据通信信是计算算机和通通信相结结合而产产生的一一种新的的通信方方式,它它是各类类计算机机通信网网赖以建建立的基基础。数数据通信信的发展展已经有有30年年的历史史,在人人类进入入信息社社会的过过程中,数数据通信信正起着着越来越越重要的的作用。数据通信信具有许许多不同同于传统统的电报报、电话的的特点,由由于它主主要是“人机机”通信或或“机机机”通信,因因而产生生了一系系列的要要求。如如:很多多通信过过程都需需要能自自动实现现,在传传输中发发生差错错时能自自动地进进行校正正。同时时由于信信息处理理内容与与处理方方式的
2、不不同,对对通信的的要求会会有很大大的差别别。终端端类型、传输代代码、相应时时间、传输速速率、传输方方式、系统结结构、差错率率等,需需要考虑虑的因素素比较复复杂。1.1.2数据据通信系系统早期计算算机网络络都是一一些面向向终端的的网络,以以一台或或几台主主机为中中心,通通过通信信线路与与多个远远程终端端相联,构构成一个个集中式式网络。如如图1-1所示示,一台台主机通通过通信信线路连连接了许许多用户户终端,各各个用户户终端可可以共享享主机的的资源,包包括它的的数据处处理能力力、存储能能力和信信息资源源。该主主机也可可以具有有交换功功能,实实现各个个用户之之间的互互相通信信。在这这种结构构中,每每
3、个终端端用户都都在通信信线路的的终点,每每条通信信线路为为它所连连接的终终端用户户所专用用。当然然,图中中的终端端用户也也可以是是另一台台计算机机。图1-11 集中中式网络络60年代代末,以以美国国国防部高高级规划划研究局局计算机机网(AARPAA)的诞诞生为起起点,出出现了计计算机与与计算机机之间的的通信和和资源共共享,开开辟了计计算机技技术发展展的一个个新领域域网络络化与分分布处理理技术。如如图1-2所示示:主机机和终端端都和具具有交换换功能的的通信网网络连接接,从网网络的观观点它们们具有相相同的地地位,各各个终端端通过交交换网络络共享主主机的资资源,主主机和终终端也共共享交换换网络的的资
4、源。交交换网由由交换机机和把它它们连接接成网络络的通信信线路组组成,各各个终端端用户可可以通过过交换网网互相通通信,也也可以通通过主机机互相通通信。图1-22 交换换式网络络1.2分分组交换换原理111 数据交换换技术由于数据据通信用用户的许许多不同同的特点点和要求求,这就就要求发发展几种种不同于于电话交交换的交交换技术术,现有有的主要要有以下下三种:(一) 电路交换换数据通信信的电路路交换是是根据电电话交换换原理发发展起来来的一种种交换发发式,其其过程类类似于打打电话,当当用户要要求发送送数据时时,交换换网就在在主叫用用户终端端和被叫叫用户终终端之间间接通一一条物理理的数据据传输通通路。电路
5、交换换的主要要优点是是:(1)信信息的传传输时延延小,对对一次连连接来说说,传输输时延固固定不变变。(2)信信息以信信号形式式在数据据通路中中“透明”传输,交交换机对对用户的的数据信信息不存存储、分析和和处理,交交换机在在处理方方面的开开销比较较小。对对用户的的数据信信息也不不需要附附加许多多的用于于控制的的信息,信信息传输输的效率率比较高高。(3)信信息的编编码方法法和信息息格式不不受限制制。电路交换换的主要要缺点是是:(1)电电路的接接续时间间较长,在在数据传传输开始始之前,呼呼叫信号号必须经经过若干干交换机机,得到到各交换换机的认认可,并并传到最最终被呼呼叫方,这这个过程程常常需需要10
6、0秒甚至至更长时时间,短短报文通通信效率率低。(2)电电路资源源被通信信双方独独占,电电路利用用率低(3)通通信双方方在信息息传输速速率、编码格格式、同步方方式、通信规规程等方方面要完完全兼容容,这就就限制了了各种不不同速率率、不同代代码格式式、不同通通信规程程的用户户终端之之间的互互通。(4)有有呼损。即即可能由由于用户户终端设设备忙或或交换网网负载过过重而叫叫不通。电路交换换适合于于传输信信息量较较大,通通信对象象比较固固定的用用户。世界各国国对电路路交换方方式有过过一段热热潮时期期,并且且投资建建设了电电路交换换数据通通信网,但但是,由由于它在在实现各各种不同同类型和和特性的的数据终终端
7、设备备(包括括计算机机)之间间的互通通方面灵灵活性很很差,它它的发展展不如分分组交换换方式,但但是到目目前为止止电路交交换原理理在电话话通信中中一直占占着统治治地位,步步进制、纵横制制、程序控控制的各各代电话话交换机机都是基基于电路路交换原原理。DDN(数数字数据据网)提提供了一一种以专专线方式式入网的的高速通通信方式式。用户户终端通通过DTTU(数数据终端端单元)以以专线方方式接入入DDNN网,网网内的DDDN交交换机之之间以光光纤联系系,大大大提高了了信息传传输的速速度,如如图1-3。图1-33 DDDN网网(二) 报文交换换为了克服服电路交交换的缺缺点,人人们提出出了报文文交换的的思想,
8、它它的基本本原理是是“存储转发”,即如如果用户户A要向向用户BB发送信信息,AA用户不不需要先先叫通和和B用户户之间的的电路,而而只需与与交换机机接通,由由交换机机暂时把把A用户户要发送送的报文文接收和和存储起起来,交交换机根根据报文文提供的的B用户户的地址址在交换换网络中中确定路路由,并并将报文文送到输输出线的的队列上上排队,等等到该输输出线空空闲时立立即将该该报文送送到下一一个交换换机,最最后送到到终点用用户B。报文交换换的特征征是:(1)报报文以存存储转发发方式通通过交换换机,输输入输出出线路的的效率、代代码格式式等可以以不同,很很容易实实现在不不同类型型终端之之间的互互相通信信。 (2
9、)在报文文交换(从从A用户户到B用用户)的的过程中中没有接接续过程程。来自自不同用用户的报报文可以以在一条条线路上上以报文文为单位位进行多多路复用用,线路路可以以以它的最最高传输输能力工工作,大大大提高高了线路路利用率率。(3)用用户不需需要叫通通对方就就可以发发送报文文,无呼呼损,并并可以节节省通信信终端操操作人员员的时间间。如果果需要,同同一报文文可以由由交换机机转发到到许多不不同的收收信地点点。报文交换换的主要要缺点是是: (1)信息通通过交换换机时产产生的时时延大,而而且时延延的变化化也大,不不利于实实时通信信。 (2)交换机机要有能能力存储储用户发发送的报报文,其其中有的的报文可可能
10、很长长,要求求交换机机有高速速处理能能力和大大的存储储容量。一一般要配配备磁盘盘和磁带带存储器器,交换换机的设设备比较较庞大,费费用较高高。 (3)报文交交换不适适用于立立即对话话的通信信方式。报文交换换适用于于公众电电报和电电子信箱箱业务。电子信箱箱是目前前应用较较为广泛泛的远程程信箱处处理系统统,它利利用存储储转发方方式为用用户提供供多种类类型的信信箱交换换,其最最基本的的特点是是用户可可以在任任何时间间、任何何地点发发送和接接收信件件,而不不管通信信对方处处于何种种状态。但但该业务务显然不不适于实实时通信信。(三) 分组交换换前面所介介绍的电电路交换换不利于于实现不不同类型型的数据据之间
11、的的相互通通信,而而报文交交换传输输信息时时延又太太长,不不满足许许多通讯讯系统的的实时性性要求,分分组交换换技术较较好地解解决了这这些矛盾盾。分组交换换仍采用用了报文文交换的的“存储转发”方式,但但不象报报文交换换那样以以报文为为单位交交换,而而是把报报文截成成许多比比较短的的、被规规格化了了的“分组”(PAACKEET)进进行交换换和传输输。由于于分组长长度较短短,具有有同一的的格式,便便于在交交换机中中存储和和处理,“分组”进入交换机后只在主存储器中停留很短的时间,进行排队和处理。一旦确定了新的路由,就很快输出到下一个交换机或用户终端。分组穿过交换机或网络的时间很短(分组穿过一个交换机的
12、时延平均为数毫秒或更短),能够满足绝大多数数据通信用户对信息传输的实时性要求。分组交换换的主要要优点是是:(1) 向用户提提供了不不同速率率、不同同代码、不不同同步步方式、不不同通信信规程的的数据终终端之间间能够互互相通信信的灵活活的通信信环境。(2) 信息的传传输时延延较小,而而且变化化范围不不大。能能够较好好的反映映会话型型实时通通信的实实时性要要求。(3) 实现线路路的动态态统计时时分复用用,通信信线路(包包括中继继线和用用户线)的的利用率率很高,在在一条物物理线路路上可以以提供多多条信息息通路。(4) 可靠性高高。每个个分组在在网络上上传输时时可以在在中继线线和用户户线上分分别独立立的
13、进行行差错校校验。使使信息在在分组交交换网中中传输的的比特误误码率大大大降低低,一般般可达110E-10以以下。由由于分组组在交换换网络中中传输的的路由是是可变的的,当网网络的线线路和设设备发生生故障时时,分组组可以自自动选择择一条新新的路由由避开故故障点,而而通信不不会中断断。(5) 经济性好好。信息息以分组组为单位位在交换换机中存存储和处处理,不不要求交交换机具具有很大大的存储储容量,降降低了用用户的通通信费用用。分组组交换网网通过网网络控制制和管理理中心NNCC对网内内设备实实行比较较集中的的控制和和维护管管理,节节省了维维护和管管理费用用。分组交换换的主要要缺点是是:(1) 由网络附附
14、加的传传输信息息多,对对长报文文通信的的传输效效率比较较低。我我们把一一份报文文划分成成许多分分组在交交换网中中传输,为为了保证证这些分分组能够够按照正正确的路路径安全全准确的的到达终终点,要要给每个个数据分分组加上上分组信信息(分分组头)。除此此之外,我我们还要要设计许许多不包包含数据据信息的的控制分分组,用用它们来来实现数数据通路路的建立立、保持持和拆除除,并进进行差错错控制以以及数据据流量控控制等。(2) 技术实现现复杂,分分组交换换机要对对各种类类型的分分组进行行分析处处理,为为分组在在网络中中的传输输提供路路由,并并且在必必要时自自动进行行路由调调整为用用户提供供速率、代代码和规规程
15、的交交换,为为网络的的维护管管理提供供必要的的报告信信息等,要要求交换换机要有有较高的的处理能能力。分组交换换网与DDDN网网比较可可以得到到如下结结果:DDN网网可提供供的通讯讯速率较较高,比比较适合合于动态态图象、可可视图文文等的传传输,但但投资大大、通信信费用高高;分组组交换网网投资小小、通信信费用低低,适合合于传输输一般的的文件、报报表等。对对于一般般的银行行业务,如如通存通通兑、储储蓄对工工等,性性能绰绰绰有余1.2.2分组组交换原原理分组交换换的最基基本的思思想就是是实现通通信资源源的共享享,它的的出现使使得越来来越便宜宜的计算算机的处处理能力力能够充充分利用用昂贵的的通信资资源。
16、12211 通信信线路的的资源共共享为了经济济有效的的使用通通信线路路,我们们使用多多路复用用的方法法,即组组合多个个低速的的数据终终端共同同使用一一条高速速的线路路。可以以使用各各种不同同的多路路复用方方法。从从如何分分配传输输资源的的观点可可以分为为两类:一 预分配资资源法或或固定分分配资源源法1 时分复用用(TDDM)把线路传传输的时时间轮流流分配给给每个用用户,每每个用户户只在分分配的时时间里向向线路发发送信息息和接收收信息。当当在分配配的时间间里用户户没有信信息要传传输时,这这段时间间不能由由其他用用户使用用,而保保持为空空闲状态态,如图图1-44。TDMTDMCBAFDCBBGAA
17、E1 2 3 44 1 2 33 4图1-44 时分分复用2 频分复用用计算机终端1终端2终端3终端4TDMTDMCBAFDCBBGAAE空闲状态把线路的的频带资资源分成成多个子子频带,分分别分配配给用户户,形成成数据传传输子通通路。每每个用户户终端的的数据通通过专门门分配给给它的子子通路传传输。当当该用户户没有数数据传输输时,别别的用户户不能使使用。此此通路保保持空闲闲状态。如如图1-5。图1-55 频分分复用上述两种种方法都都实现了了由多个个用户对对一条传传输线路路的资源源的共享享。但是是由于在在传输数数据时都都可能出出现暂时时的停顿顿,而使使各个子子信道的的传输呈呈现空闲闲状态,线线路的
18、传传输能力力不能获获得充分分的利用用,这就就是预分分配的缺缺点。二 动态分配配资源法法(统计计时分复复用STTDM)为了克服服预分配配资源的的缺点,我我们采用用用户有有数据要要传输时时才给它它分配资资源的方方法,即即动态分分配或按按需分配配,这种种根据用用户需要要分配线线路资源源的方法法称为统统计时分分复用。这这时每个个用户的的数据传传输速率率可以高高于平均均速率。最最高可达达到线路路总的传传输能力力,如图图1-66。终端1终端2终端3终端4缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器G1B2Y3X3F1用户数据用户识别标记图1-66 统统计时分分复用统计时分分复用和和预分配配复用方方式相比比在各个个终端与与线路
19、的的接口处处要增加加两个功功能:l 缓冲控制制l 信息流控控制这两项功功能用于于解决使使用线路路资源时时产生的的冲突。12222 数据据同步方方式要正确地地传输数数据,必必须在发发送端和和接收端端之间实实现数据据的同步步,异步步实际上上也是同同步的一一种方法法。一 起止式同同步 起止式式同步也也称异步步方式,其其方法是是在每一一个字符符的前面面和后面面分别增增加了一一个“起”比特和和一个“止”比特,“起”比特和和“止”比特具具有相同同的格式式,起比比特的长长度和数数据比特特相同,电电压特性性与数据据“0”相同,止止比特的的长度可可以选择择为数据据比特的的1、11.5、22倍,它它的电压压极性与
20、与“1”相同。如如果止比比特结速速时下一一个起比比特未开开始,则则止比特特可以任任意延长长。如图图1-77。止比特字符2起比特止比特字符1起比特图1-77 起止止式同步步 由此可可见,字字符之间间可以是是不等间间隔的,因因此称为为异步方方式。起起止式同同步在一一些人工工操作的的或低速速的数据据终端上上获得广广泛的应应用,实实现方法法简单,价价格低,它它的缺点点是每一一个字符符都要增增加23个比比特的开开销,传传输效率率较低,但但它不需需要在发发送和接接收之间间另外发发送位定定时信号号,节省省接口线线,这是是它的优优点。当进行异异步通信信时,发发送方和和接收方方在如下下参数上上必须保保持一致致,
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