1.0 介紹

在過去的幾十年里，通信領域以非常快的速度發展。最初只流行語音通信，但是微處理器、微型計算機和外圍設備的出現徹底改變了整個場景。今天，大量的信息，大部分以數字形式，在幾分之一秒內被傳送到全球各地，幾乎沒有任何錯誤。海量的數據以及更快、可靠和安全的通信是當前的需要。

來自源頭的原始信息可以是模擬形式或數字形式。如果是模擬信號，則先將其數字化，然后再發送。數據通信系統包括傳輸、接收和處理后的原始數據的提取。

網絡是一組通過通信鏈路相互連接的設備(通常稱為節點或站點)。節點的可以是計算機、打印機或任何能夠向與網絡相連的其他節點發送/接收數據的設備。一個數據通信網基本上對其容量沒有任何限制。數據通信網絡將工作站與計算機主機、自動柜員機連接到銀行系統、航空公司和酒店預訂、電子郵件傳輸、信息高速公路、媒體和新聞中心等。

上圖顯示了計算機通信網絡的結構。黑點是通過高速線路連接的交換機。也有連接到不同類型終端的計算機，有些沒有與它們相關的任何連接。

有三種類型的終端:本地、遠程和孤終端 。本地計算機在中等帶寬下進行數據傳輸，而高速交換計算機需要更高的帶寬，因為它們操作非常快。

2.0 特征

一個有效、可靠的數據通信網絡必須滿足下列標準或屬性：

• 快速性: 要求主機的數據傳輸盡可能快。吞吐量是衡量速度的指標。隨著網絡流量的增加，吞吐量下降，延遲增加。
• 傳輸和響應時間: 必須盡可能短。傳輸時間是消息從一個節點傳遞到另一個節點的時間，而響應時間是查詢和相應響應之間的時間。
• 成本: 建立、維護和運行網絡的成本必須是最低的。
• 效率: 網絡的主要部分不能長時間處于空閑狀態。
• 安全: 任何惡意的入侵者都不能訪問網絡。
• 錯誤: 系統必須盡可能無錯誤。

3.0 連接類型

網絡由通信鏈路連接的兩個或多個節點組成。鏈接是信息從一個節點傳遞到另一個節點的路徑。有兩種類型的連接用于節點之間的信息傳輸:點對點和多點或多點傳輸。如下入圖所示：

4.0 數據通信標準和組織

標準對于數據和電信行業至關重要，以便設備制造商遵守這些商定的標準。這將確保不同制造商的設備在國內和國際上的互操作性。標準、指南和框架是由組織、政府機構、制造商和通信行業設備用戶組成的聯盟所建立的。數據、電訊及網絡行業的標準組織有:國際標準組織(ISO)、國際電信聯盟電信部門(ITU-T)、電氣電子工程師協會(IEEE)、美國國家標準協會(ANSI)、電子工業協會(EIA)、電信行業協會(TIA)、互聯網架構委員會(IAB)、互聯網工程任務組(IETF)、互聯網研究任務組(IRTF)。

5.0 網絡拓撲

網絡拓撲指的是計算機、電纜和組件之間的相互連接方式，包括物理和邏輯兩方面。物理連接是指網絡的實際鋪設，邏輯連接是指數據從一個節點(站)到另一個節點(站)的實際傳遞方式。

用于網絡目的的不同拓撲有:網狀、星形、總線、環形和混合。

5.1 網狀

在網狀拓撲中，每個站或節點通過點對點鏈接與每個其他節點連接。為了實現上述目標，n目網絡中的每個節點必須與其余(n - 1)個節點相連。因此，總共需要n(n - 1)條物理鏈路。然而，對于全雙工模式，通信同時發生在任何一個方向，總共需要n(n - 1)/2個雙工模式鏈路。

下圖顯示了由四個站點組成的網狀網絡。

使用網狀網絡有幾個優點。首先，由于專用鏈接，數據可以從一個鏈接移動到另一個鏈接，而不受系統負載的影響。二是保障數據安全/隱私。第三，該系統具有健壯性，即鏈接中的故障不會影響系統的其他部分。第四，故障節點很容易被檢測到。第五，當檢測到故障節點時，可以進行引流。

由于點到點的連接方式，隨著節點數量的增加，電纜長度和成本的增加以及大量的布線可能會導致空間問題。

5.2 星型

在這里，每個工作站或節點都連接到一臺中央計算機，稱為集線器。 它充當一個多點連接器。兩個節點之間的任何數據交換都只通過中央計算機進行。如下圖所示：

星型網絡具有一定優勢。首先，該體系本質上是穩健的。也就是說，如果鏈路發生故障，該特定節點和集線器之間的數據交換就會失敗，而不會影響任何其他節點。故障檢測和隔離非常容易。其次，更少的電纜導致更低的成本。第三,在添加/更改/刪除的情況下，重新配置任何節點都非常容易。

如果中央計算機或集線器故障，則星型網絡故障。同樣，根據某些情況，需要更多的電纜。星型拓撲通常應用于局域網中。

5.3 總線

這種類型，有一根長電纜作為骨干，小電纜(線)從它連接到各個站點或節點。這種連接是用接頭連接的。當信號沿著干線傳播時，會因為接頭的存在而變弱。這限制了總線技術可以支持的接頭數量和涉及的距離。方案如下圖所示：

總線拓撲有時被稱為線性或水平總線。總線拓撲通常包括一個集中放置的主機，它控制與其他計算機之間的數據/信息流。

總線拓撲需要更短的電纜長度。但故障檢測/隔離/重新連接有困難。在現有系統中添加額外的節點也很困難。由于信號反射，在抽頭處也存在信號質量下降的可能。中繼或總線電纜的任何故障或斷裂都會導致整個系統的完全故障。

5.4. 環型

環形拓撲在任意兩個連續的設備之間有一個專用的點對點連接。各站串聯連接，形成閉環。如下圖所示：

環內的通信是單向的。針對某一特定站點的信息沿著環沿一個方向傳遞。環形拓撲，像總線和星型拓撲一樣，通常有一個位于中央的主機，控制數據/信息流到網絡中的其他站點。

使用環形拓撲的優點在于它容易安裝和重新配置。故障隔離非常容易。每當需要添加/刪除節點時，最大環長度和環拓撲中使用的最大設備數量是需要考慮的唯一問題。

5.5 混合

它通常是前面討論過的拓撲的混合。星型和總線拓撲的組合，如下圖所示：

它顯示了一個網絡，其中三條線星型連接到集線器。站或節點連接到這三條線路中的每一條。混合拓撲結合了星型和總線拓撲的優點。

6.0 網絡應用程序

網絡就是通過通信鏈路在計算機之間共享資源和數據。通信網絡的重要參數包括傳輸的可靠性、速度、數據的安全性和性能。

在設計網絡時必須考慮到特定的應用程序。為特定應用程序設計的網絡將很好地用于該應用程序類別，但如果應用程序特征更改，則可能無法工作。網絡應用程序分為面向連接協議和無連接協議。在面向連接的協議中，大量的加密、錯誤檢查和握手等開銷在很大程度上降低了數據傳輸速率，而在無連接的協議中，這些可靠性特性被省去，從而在很大程度上提高了數據傳輸速率。

7.0 網絡組件

各種網絡組件有助于網絡的正常運行。它們是:服務器、傳輸介質、共享數據、客戶端、共享打印機和其他外設、網絡接口卡(NIC)、硬件/軟件資源、本地操作系統(LOS)和網絡操作系統(NOS)。

服務器是向網絡提供特定服務的計算機。用戶可以通過服務器訪問網絡資源。不同類型的服務器提供不同的服務，如路由服務器、網關服務器、終端服務器、web服務器、打印機服務器、文件服務器、郵件服務器、通信服務器、數據庫服務器等。

路由服務器連接具有類似架構的節點和網絡。網關服務器通過協議轉換連接具有不同體系結構的節點和網絡。文件服務器將文件的副本從服務器提供給請求相同文件的客戶機(用戶)。

傳輸介質也稱為鏈路、通道或線路。它們可以是同軸電纜、雙絞線或光纖，用于將計算機連接到網絡。

共享數據由最終用戶(計算機)使用，并由文件服務器提供。例如:電子郵件、打印機訪問程序等。

位于網絡兩端的計算機是使用網絡設施進行適當的端到端處理數據傳遞的客戶端。客戶端從服務器請求必要的服務，接收相同的服務并執行數據傳輸。

網絡上的每臺計算機都有一個NIC，它的作用是格式化、處理、控制、傳輸和從網絡接收數據。在發送端，NIC將格式化的數據傳遞到物理層。在接收端，NIC從物理鏈路接收格式化的數據，從中去除開銷，并根據其內容進行相同的處理。網卡必須有一個驅動程序才能在它所連接的網絡上運行。

LOSs允許計算機根據需要訪問文件、cd和打印機。例如Windows 、Linux。

NOS是一種允許計算機與網絡交互的軟件。因此，它可以在計算機和服務器上運行。NOS提供密碼認證、網絡管理功能、數據文件和打印機的訪問等。NOS的一些例子是IBM LAN Server, UNIX，Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare等。

8.0 網絡的分類

網絡是按大小分類的。它包括地理區域、速度、計算機數量、媒體和物理架構。初始一級分類包括局域網、城域網(城域網)、廣域網(wan)和全球局域網(GANs)。一些更主要的網絡類型是建筑骨干網、校園骨干網和企業網絡。此外，個人區域網絡(pan)和電力線區域網絡(PLANs)正在迅速趕上網絡領域。在pan中，數據傳輸是通過人體通過簡單的觸摸進行的，而plan則使用現有的交流配電網絡將數據從一個地方傳輸到另一個地方。