数据通信与网络有这一篇就够了（概述篇）

总体概述

博主将从以下几个概念进行阐述: 数据通信、网络、协议和标准、网络模型(见下篇)。

一，数据通信

概念 ：是在两台设备之间通过诸如线缆的某种形式的传输介质进行的数据交换。

数据通信系统的效率取决四个关键因素:

1. 传递性 ：系统必须将数据传递到正确的目的地。数据必须由而且只能由预定的设备或用户接收。

2. 准确性 ：系统必须准确地传递数据。在传递过程中发生改变和不正确的数据都是不可

   用的。

3. 及时性 ：系统必须以及时的方式传递数据。传递延误的数据是无用的。就视频和音频数据而言，及时传递意味着在数据产生时就传递数据，所传递数据的顺序和产生时的顺序相同，而且没有明显的延迟。这种传递称为 实时传输 。

4. 抖动性 ：抖动是指分组到达时间的变化，音频或视频的分组在传递过程中延迟各不相同。

数据通信系统组成

1. 报文 (message) 是进行通信的信息(数据) ，它可以是文本、数字、图片、声音、视 频等信息形式。
2. 发送方 (sender) 是指发送数据报文的设备，它可以是计算机、工作站、手机、摄像机等。
3. 接收方 (receiver) 是指接收报文的设备，它可以是计算机、工作站、手机、电视等。
4. 传输介质 (transmission medium) 是报文从发送方到接收方之间所经过的物理通路，它可以是双绞线、同轴电缆 光纤和无线电波。
5. 协议 (protocol) 是管理数据通信的一组规则，它表示通信设备之间的 组约定。如果没有协议，即使两台设备之间可能是连接的，那也无法通信，就像一个说法语的人无法被一个只说日语的人理解一样。

数据表示 ：文本，数字，图像，音频，视频。

数据流

1. 单工模式 ：通信是单方向的，如同在单行道上，两台设备只有一台能够发送，另一台则只能接收，单工模式仅具有一个方向发送能力。举例：键盘，传统的显示器。
2. 半双工模式 ：每台主机均能发送和接收，但不能同时进行。当一台设备发送时，另一台只能接收，反之亦然。半双工模式用于不需要双方同时通信的情况，每一方可利用整个通道的能力。举例：对讲机和CB(民用波段)无线电设备。
3. 全双工模式 ：双方主机都能同时发送和接收。在全双工模式下，两个方向的信号共享该链路的通信能力。共享可以采用两种方式:链路包含两条物理上独立的传输通路，其中一条用于发送，另一条用于接收或者通道的通信能力在以不同方向传输的信号间进行划分。举例：电话网络。

二，网络

概念 ：用通信链路连接起来的设备(通常称为节点)的集合。节点可能是一台计算机，也可能是打印机，还可能是其他任何能够发送或接收数据的设备。

分布式处理 ：将任务划分给多台计算机。

网络准则 ：

1. 性能 ：可以用多种方式来衡量，包括传输时间和晌应时间。性能通常由网络两个因素: 吞吐量 (throughput) 和 延迟 (delay) 来度量。需要更多吞吐量和较小的延迟时间，但是这两个准则时常是矛盾的。如果想要在网络上发送更多的数据用来增加吞吐量，但由于网络通信量的拥塞，增加了延迟时间。
2. 可靠性 ：用故障出现的频率、一条链路从故障恢复所花费的时间、在灾难中的健壮性来衡量。
3. 安全性 ：包括保护数据免受未授权的访问，保护数据在传输过程中免受攻击，和数据丢失与损伤的恢复策略和方法。

物理结构 ：

连接类型

网络是通过链路连接在一起的两台或两台以上的设备。链路是将数据由一台设备传输到另一台设备的通信通路。

两种可能的连接方式: 点到点方式 和 多点方式 。

点到点 (point-to-point) 连接 ：提供两台设备之间专用的链路。链路全部的能力均为两台设备之间的传输所共用。

多点连接 (multipoint connection) 也称为 多站连接 ： (multidrop connection) 是两台以上设备共享单一链路的情形。在多点环境中，通道的能力在空间或时间上共享。如果同时可以有多台设备使用链路，这是空间上共享连接，如果用户必须轮流使用，则是时间上共享连接。

2， 物理拓扑结构 ：网络物理上分布的方式。两台或更多的设备连接到一条链路，两条或更多的链路组成拓扑结构。网络拓扑结构是所有链路及其互相连接的设备(通常称为 节点 )之间关系的几何表示。有四种可能的基本拓扑结构: 网状 、 星型 、 总线 和 环状 。

网状 ：在网状拓扑结构 (mesh topology) 中，各台设备之间都有一条专用的点到点链路。“专用的"这个词意味着该链路只负责它所连接的两台设备间的通信量。为了求 个节点的一个全连接的网状网络中物理通道的个数。节点 必须与其他n-1 个节点相连，节点 必须与其n-l1个节点相连，依此类推，最后节点 也必须与其他n-1 个节点相连。因此，需要n(n-1)条物理链路。

双工模式链路： n(n-1)/2条 。

半双工模式链路： n(n-1)/2条 。

单工模式链路： n(n-1)条 。

网状结构优点 ：

1. 专用链路的使用保证了每条链路都能传输自己的数据载荷，因此消除了当链路被多台设备共享时可能发生的通信量问题。
2. 网状拓扑结构是健壮的。即使一条链路变得不可用，也不会使得整个系统不可用。
3. 机密性或安全性。每一个报文经过专用线路传输时，只有特定的接收方才能看到它。物理边界阻止其他用户获得对报文的访问权。
4. 使用点到点链路，容易进行故障识别和故障隔离。对通信量进行路由时会尽量避免有问题的链路。这些设施使得网络管理员能够找到故障的确切位置，有助于寻找其原因和解决办法。

网状拓扑结构的主要不利因素与所需的线缆和I/ O端口的数目有关

5. 因为每台设备都必须与其他所有设备相连，安装和重新连接十分困难。
6. 单就线缆的数量而言，就可能超过可利用空间(在墙内、天花板或地板里)的容纳能力。
7. 为连接每个链路所需的硬件(I/ O 端口和电缆)的价格也是可观的。

由于以上原因，网状拓扑结构通常在有限的环境下使用。

星型 ：在星型拓扑结构 (star topology) 中，每台设备拥有一条仅与中央控制器连接的点到点专用链路，该中央控制器通常称为 集线器 (hub)。与网状拓扑结构不同，星型拓扑结构不允许设备之间有直接的通信量。集线器扮演交换的角色: 如果一台设备想发送数据到另外一台，它需要将数据发到集线器，然后由集线器将数据转送给所连接的另一台设备。

星型拓扑结构优点 ：

1. 不如网状拓扑结构那样昂贵 。在星型拓扑结构中，每台设备仅需要一条链路和一个I/ O端口即可与任何数目的其他设备相连。这种因素也使得该拓扑结构 易于安装和重新配置 。需要安装的线缆更少，增加、移动和删除链路只涉及一条连接，即该设备和集线器之间的那条连接。
2. 健壮性 ：如果一条链路失败，就只有该链路受影响。其他所有的链路仍然起作用。这种因素也易于进行故障识别和故障隔离。只要集线器正在工作，它就可以用来监控链路中出现的问题井旁路出现问题的链路。

星型拓扑结构缺点 ：

1. 最大的缺点是 依赖于集线器 ，如果集线器出了毛病，则整个系统就瘫痪。
2. 尽管星型链路需要比网状拓扑结构少得多的钱缆，但每条链路仍需要连接到中央的集钱器。因此， 星型结构通常需要比其他拓扑结构(比如环状结构和总线结构)更多的线缆。

注意：星型拓扑结构用于局域网 (LAN) 中。

总线 ：前面的几个例子描述的都是点到点连接。相反， 总线拓扑结构 (bus topology) 多点连接 ，由一条较长的线缆作为 主干 (backbone) 来连接网络上所有的设备。

节点由 引出线 和 分接头 连接到总线电缆。引出线是在设备和主线缆之间运行的连接。分接头是一个连接器，该连接器焊入主线缆或者穿过线缆的外皮与金属芯接触。当信号经过主干传输时，部分能量转化为热能。因此，当信号传输得越来越远时会变得越来越微弱。因为这种原因， 总线所能支持的分接头数目以及这些分接头之间的距离是有限的。

总线拓扑结构的优点 ：

1. 安装简易。
2. 总线结构使用的线缆要少于网状和星型结构。

总线拓扑结构的缺点 ：

1. 难以 重新连接 和进行 错误隔离 。
2. 总线电缆上的错误或中断会使所有的传输中止，即使位于故障区域同一侧的设备之间也不能幸免。

以太局域网就用总线拓扑结构

环状 ：在环状拓扑结构 (ring topology) 中，每台设备只与其两侧的设备有一条专用的点到点的连接。信号以一个方向在环中传输，从一台设备到达另一台设备，直到其到达目的设备。环中的每台设备中安装有一个中继器。当设备接收到发给另一台设备的信号时，它的中继器会再生井转发这些位。

环状结构优点 ：

1. 易于安装和重新配置 。每台设备只与其直接邻居(物理或者逻辑的)连接。要增加或删除设备只需要改变两条连接。唯一的约束在于介质和通信量方面的考虑(环最大长度和设备的最大数目)。
2. 简化了故障隔离 。一般地，在环状结构中，信号始终是循环的。如果一台设备在指定的时间中没有接收到信号，它就会发出警报。该警报会向网络操作员告知问题及其位置。

环状结构缺点 ：

1. 单向通信量 可能是不利因素。在简单的环中，环中的故障(比如工作站的瘫模)可能使整个网络瘫摸。这个缺陷可以通过 引人双环或使用能够旁路故障的开关得到弥补 。

混合型 ：网络可以是混合型拓扑结构。例如，具有分支的星型拓扑结构，其中每一个分支是连接一些工作站的总线结构。

网络分类 ：

1. 局域网（LAN）
2. 广域网（WAN）
3. 城域网（MAN）

三，协议与标准

首先定义协议，它是规则的同义词，然后讨论标准，它是经过协商达成一致的规则。

协议 ：在计算机网络中，通信发生在不同系统的实体之间。 实体 是能够发送和接收信息的任何事物。然而，两个实体间仅发送位流就指望能相互理解是不可能的。要实现通信，实体之间必须遵循协议。 协议是用来管理数据通信的一组规则 。协议规定了通信的 内容 、通信的 方式 和通信的 时间 。协议的核心要素是 语法 、 语义 和 时序 。

核心要素 ：

1. 语法 ：指的是数据的结构或格式，即它们是以何种顺序表示的。例如，一个简单的协议可能将第一个 位作为发送方的地址，第二个 位作为接收方的地址，信息流的其余部分作为报文本身。
2. 语义 ：指的是每一个位片断的含义:如何解释一个特别的位模式，基于该解释应该采取什么操作?例如，地址是否标示了路由，是否标示了报文的最终目的地址。
3. 时序 ：指的是两个特性呈报文发送的时间和发送的速率。例如，如果发送方以100Mbps 的速率发送而接收方只能以 1Mbps 的速率处理数据，那么传输中会使接收方过载而造成数据的大量丢失。

标准 ： 事实标准 和 法定标准 。