通信基础

通信基础

数据通信系统

数据通信是指两台设备之间通过线缆等形式的传输介质进行的数据交换的过程。一个完整的数据通信系统包括：

• 发送方（sender）
• 接收方（receiver）
• 介质（medium）：信号传送的载体。局域网中常见的传输介质有光纤、同轴电缆、双绞线
• 报文（message）：各种字母、数字符号的组合、语音、图形、图像等数据编码后的报文
• 协议（protocol）：数据通讯的一组规则

数据流方向：

• 单工模式（simplex mode）：通讯单方向，如键盘、显示器
• 半双工模式（half-duplex mode）：通讯双方向，但不能同时进行，如对讲机
• 全双工模式（full-duplex mode）：通讯双方向，同时进行，如电话网络

网络拓扑结构

拓扑（topology）结构定义了组织网络设备的方法。LAN有：

• 总线（bus）型
  • 布局简单，使用较短的网络介质，线缆花费也较低。
  • 缺点是很难进行故障诊断和故障隔离，一旦总线出现故障，就会导致整个网络故障；
  • LAN任一个设备向所有设备发送数据，消耗了大量带宽，大大影响了网络性能。
• 星型（star）
  • 局域网上的设备间的通信是通过与中心控制点交换机的点到点的连线进行的，易于设计和安装
  • 易于维护，网络介质的布局使得网络易于修改，并且更容易对发生的问题进行诊断。在局域网构建中，大量采用了星型拓扑结构。
  • 缺点是一旦中心控制点设备出现了问题，容易发生单点故障；
  • 每一段网络介质只能连接一个设备，导致网络介质数量增多，局域网安装成本相应提升。
• 树型
• 环型：两个方向的数据流，冗余容错
• 网型（全连接）：每台设备点到点，冗余容错

局域网LAN

特点是：距离短、延迟小、传输速率高、传输可靠

常见的局域网类型包括：

• 以太网（Ethernet）
• 异步传输模式（ATM、Asynchronous Transfer Mode）

常用网络设备有：

• 线缆（cable）：局域网的距离扩展通常需要通过线缆来实现，不同的局域网有不同连接线缆，如光纤（fiber）、双绞线（twisted pair）、同轴电缆等。
• 网卡（NIC，Network Interface Card）：插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。
• 集线器（Hub）：是单一总线共享式设备，提供很多网络接口，负责将网络中多个计算机连在一起。所谓共享是指集线器所有端口共用一条数据总线，同一时刻只能有一个用户传输数据，因此平均每用户（端口）传递的数据量、速率等受活动用户（端口）总数量的限制。

广域网WAN

WAN的目的是为了让分布较远的各局域网互连，所以它的结构又分为末端系统（end system ，两端的用户集合）和通信系统（中间链路）两部分。

广域网常用设备有：

• 路由器（Router）：根据地址来寻找到达目的地的路径，这个过程称为路由（Routing）。路由器负责在各段广域网和局域网间根据地址信息建立路由，将数据送到最终目的地。
• 调制解调器（Modem）：作为末端系统和通信系统之间信号转换的设备，是广域网中必不可少的设备之一。Modem分为同步和异步两种，分别用来与路由器的同步和异步串口相连接，同步可用于专线、帧中继、X.25等，异步用于PSTN的连接。

网络架构

一个完整的IP网络分为：

• 骨干网：通常是不同国家间、不同城市间互连组成的网络。
  • 对IP骨干网的要求：高可靠性（可靠的网络备份策略）、灵活性和可扩展性（平滑的扩容和升级）、扁平化（减少网络层次，减少跳数）、QoS合理规划（VoIP、视频等业务）、可运营可管理（集中监测、分权管理）
  • 一般的骨干网络结构为
    • 平面分层结构
    • 平面＋空间分层结构：结构清晰、备份能力好、安全性高
• 城域网：介于骨干网和接入网中间的部分，互连城市不同区域的网络，包括：
  • 核心层
  • 汇聚层
  • 接入层。
• 接入网：业务接入控制点以下的二层接入网络，负责终端用户的接入。用户可以通过xDSL、以太网等方式接入到Internet。