2.2 通信及网络系统
　　2.2.1 数据通信技术基础

　　1.数据通信模型

　　通信的基本功能就是实现两个实体之间的数据交换。

　　其中“信息源”是产生要发送数据的设备；

　　“发送器” 可以对发送信号进行编
码或转换，产生能够传输的光、电信号；

　　“接收器”将收到的信号转换成目的站设备可以处理的信号；

　　“接收端”是信号传送的目的地设备；

　　“传输系统” 是连接信息源与接收端之间的复杂线路网络。连接信息源与接收端的物理和逻辑设备称为信道。

　　信号：是数据在传输过程中的物理表示形式。信号电平连续变化才叫做模拟信号，以脉冲形式变化的叫做数字信号。传送模拟信号的是模拟信道，传送数字信号的是数字信道。

　　通信系统需要完成的任务如下：

　　（1）信号接口：产生或接收符合通信协议的信号。

　　（2）路由和寻址：为发出信号选择到达目的地的路径。

　　（3）呼叫和应答：信号发送前先呼叫，接收方应答后建立通信链路，这个过程叫握手。

　　（4）可*传输：采用各种措施保证数据传输的正确性。

　　2.数据通信的带宽

　　（1）两种通信系统，即模拟通信系统和数字通信系统。

　　模拟通信系统：传递的信号为模拟信号，在时间和幅度取值上都是连续的。

　　数字通信系统：传递的信号为数字信号，在时间上是离散的，在幅度取值上是经过量化的。

　　（2）模拟通信的带宽。信号的带宽就是频带的宽度，其单位是赫兹（HZ） .

　　传输介质或通信设备的带宽是指其允许通过的频率范围。

　　（3）数字通信的带宽。它反映通信速度的快慢及信道容量的大小。数字通信中的带宽是指信号的传输速率，或叫位率、比特率，其单位是b/s或bps（每秒位数） .

　　3.常用传输介质

　　（1）双绞线，

　　（2）同轴电缆，

　　（3）光缆。

　　（4）无线通信。

　　（5）微波通信。频率在100MHZ-10GHZ的电磁波信号叫做微波信号，其波长为3cm-3m.由于微波频率高，因此频带较宽；方向性好，适合进行点对点的通信。成本比电缆和光缆都低，适合卫星通信和城市之间通信。但是微波信号没有绕射功能，只能进行可视传播，而且它的传输误码率也比较高。

　　4.数据传输

　　（1）基带传输。使用数字信号传输数据，终端设备将数字信号转变成脉冲电信号时，这种原始矩形脉冲信号固有的频带叫做基本频带，简称为基带。在信道中直接传输基带信号的方法，叫做基带传输。基带传输是一种最基本的数据传输方式。

　　（2）频带传输。利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输。在这样的信道上传输数字信号，必须先将数字信号转换为模拟信号；在接收方还必须再将模拟信号转换为数字信号，相应的设备才能识别。

　　在频带传输过程中实现信号相互转换的设备是调制解调器。把数字信号转换为模拟信号的过程叫做调制；将模拟信号还原为数字信号的过程叫做解调。

　　5.调制与解调

　　调制：把需要传送的信号加载到另一种信号上，以便容易在给定的介质中传送的过程。这里所说的另一种信号叫做传送信号的载波。

　　解调：信号传送到接收站以后，再把载波上加载的信号卸载下来的过程。

　　6.多路复用技术

　　传输信号要求的带宽与传输介质允许通过的带宽是不一样的，为了节省开销，应当充分利用传输介质的带宽。在一条介质上同时传送多于一路以上信号的传输方式，叫做该介质的多路复用。

　　7.数据交换技术

　　（1）专线连接。最简单的数据通信形式，是在两个站点之间直接用线路连接起来进行数据的交换。因为是专用线路连接两个站点，所以不会发生线路拥堵问题。但是如果两个站点的距离较远，或者需要进行多站

点之间的通信，直接的线路连接方式显然是不合适的。解决专线连接占用线路太多的办法，是设置交换机。

　　（2）电路交换。实际的电路交换是由交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理专用线路。这种由多台交换机和它们的站点构成的网络叫做交换网络。各通信站点与各自的交换机是专线连接，各交换机之间也是专线
连接。

　　（3）存储转发交换。也叫做包交换，存储转发交换的原理是：把待传送的数据先存储在结点机中，等到信道空闲时再根据优先级别顺序发送出去。只要存储时间足够长，就能够将信道的空闲与忙碌状态均匀化，从而压缩信道和转接设备的容量。这种交换方式不适合实时交换的信息传输，但是对于数据通信却是非常合适的。

　　存储转发交换方式可以分为报文交换和报文分组交换两类。

　　① 报文交换。不论传送数据的长度是多少，都把它作为一个逻辑单元，加上目的地址、源地址、控制信息，按规定格式打成一个包发送。这个数据包就叫做报文，这种存储转发交换方式就叫做报文交换。

　　② 报文分组交换。将一个长的报文分解为多个短小（一般不超过1000字节） 的组，叫做报文分组。

　　2.2.2 计算机网络基础

　　计算机网络：是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件支持下，向多个用户提供各种应用服务，从而实现数据、程序与硬件等各类资源共享的系统。

　　计算机网络的主要功能是：数据通信、资源共享和分布处理。

　　1.计算机网络的结构

　　典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网两大部分。

　　（1）资源子网：由主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源和信息资源组成的，向用户提供各种网络资源和网络服务，负责整个网络的数据处理业务和各种网络资源的共享服务。

　　（2）通信子网：由通信控制处理机（CCP）、专用或公用的通信线路及其他通信设备组成的，完成所有网络数据的传输、转发、加工和交换等通信处理工作。

　　2.计算机网络的分类

　　主要的分类方式有两种：

　　（1）按网络传输技术分类：可以分为点对点式网络和广播式网络。

　　点对点信道：网络通过通信信道来完成数据传输任务，一条线路只能连接一对结点。

　　广播信道：多个结点共享一条通信信道，一个结点发送信号，全网结点都会收到信息，这种信道就是广播信道，采用的网络传输技术就只能是广播方式，这样的网络就叫广播式网络。

　　点对点式网络拓扑结构可以是星型、环型、树型等，广播式网络拓扑结构可以是总线型、环型、卫星型等。

　　（2）按网络覆盖范围分类

　　① 局域网（Local Area Network，LAN）：是小范围的计算机网络。它的覆盖范围一般在10公里以内。设备的更新、新技术的引用都比较容易，所以传输速率也比较高，常常可以达到10-100Mbps.

　　② 广域网（Wide Area Network，WAN） 也叫做远程网，它可以覆盖几公里至几千公里的范围。广域网的通信子网主要使用分组交换技术，并使用传统的电话网（公用通信网）、卫星通信网、无线网来传输信息。广域网的传输速率较低，一般在几十K至几Mbps之间。

　　3.计算机网络的拓扑结构

　　计算机网络拓扑结构是指网络中各结点与通信线路之间的关系结构，实际上主要是指通信子网的拓扑结构。常见的计算机网络拓扑结构有以下几种。

　　（1）星型拓扑

　　由一个中心结点与各站点之间呈辐射状连接，中心结点对全网的通信实行集中控制，任何两个结点之间的通信都必须通过中心结点来实现。

　　星型拓扑的优点是结构简单，访问协议简单，单机故障不会影响网络运行；缺点是对中心结点的可*性要求高，中心结点

出现故障，整个网络就会瘫痪，系统的扩充比较困难。

　　（2）环型拓扑

　　使网络中各站点首尾相连，以通信线路连接成一个封闭的环路，数据只能在环路中沿着一个方向逐点传输。环型拓扑结构简单，传输延时确定，适合光纤介质网络；但是任何一个结点的故障都会使全网瘫痪，而且结点的增加或减少都比较困
难。

　　（3）总线型拓扑

　　所有的站点都连接到一条公用传输线——总线上，就形成了总线型计算机网络结构。其优点是结构简单，易于扩充、价格低廉，容易安装。缺点是出现故障后需要检查总线在各结点的连接，因此查错比较困难；虽然某台计算机故障不会影响网络运行，但是若总线断开则网络将不可使用。

　　（4）树型拓扑

　　由星型拓扑演变而来，形状像一棵根在上方的大树。各结点按层次进行连接，信息交换主要在上下结点之间进行。树型拓扑结构中的故障比较容易检测和隔离。

　　4.计算机网络协议

　　通信协议：在通信过程中，通信双方都必须遵守的规则和约定。

　　网络协议：计算机网络通信的语言，规定了通信双方交换数据或控制信息的格式、响应及动作；网络协议是实现不同主机之间、不同操作系统之间及工作站之间通信的规则和约定。

　　国际标准化组织（ISO）在1981年提出了开放系统互联（OSI） 参考模型，即网络七层协议。