計算機網(wǎng)絡技術實用教程第一章課件

第1篇計算機網(wǎng)絡基礎知識本章學習目標本章主要講解計算機網(wǎng)絡的基礎知識。通過本章的學習，讀者應掌握以下內容：●計算機網(wǎng)絡的定義、發(fā)展簡史●計算機網(wǎng)絡的組成及主要功能●計算機網(wǎng)絡拓撲結構●計算機網(wǎng)絡的分類●計算機網(wǎng)絡通信基礎●計算機網(wǎng)絡標準及通信協(xié)議●計算機網(wǎng)絡新技術1.1計算機網(wǎng)絡1.1.1什么是計算機網(wǎng)絡

凡將地理位置不同，并具有獨立功能的多臺計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路連接起來，并通過功能完善的網(wǎng)絡軟件實現(xiàn)在網(wǎng)絡中資源共享的系統(tǒng)，稱為計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)由網(wǎng)絡硬件和網(wǎng)絡軟件兩部分組成。網(wǎng)絡硬件有計算機（服務器、工作站）、網(wǎng)絡接口卡、通信介質以及各種網(wǎng)絡互聯(lián)設備。網(wǎng)絡軟件有網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡協(xié)議軟件。如圖1-1所示給出了一個計算機網(wǎng)絡的圖例。

計算機網(wǎng)絡是計算機技術和通信技術緊密結合的產物。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是由網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、用以組成計算機網(wǎng)絡的多臺計算機，以及各種通信設備構成的。1.1.2計算機網(wǎng)絡發(fā)展簡史

在計算機發(fā)展史中，計算機技術的發(fā)展史中，計算機技術的發(fā)展對人類的影響主要體現(xiàn)在三個階段。

第一個階段是1946年，第一代計算機的誕生在人類科學發(fā)展史上是一個重要的里程碑。在機械化、電氣化時代，人們用機器代替了部分的體力勞動，而計算機的誕生，使得人們可以用它部分地代替人的腦力勞動。

第二個階段是20世紀80年代微型計算機的出現(xiàn)，改變了主機模式的集中管理和運行方式，把強大的計算和處理能力交到了個人手里，這為各行各業(yè)普遍使用計算機奠定了基礎。計算機的普及也正是從計算機的出現(xiàn)開始的

第三個階段是網(wǎng)絡的出現(xiàn)，人們稱網(wǎng)絡就是計算機，深刻地反映了網(wǎng)絡在計算機發(fā)展史中極為重要的作用和影響。

到目前為止，Internet的發(fā)展經歷了三個階段，逐漸走向成熟。從1969年Internet的前身ARPANET的誕生到1983年，這是研究試驗階段；主要是進行網(wǎng)絡技術的研究和試驗；從1983年到1994年是Internet的實用階段，它是作為用于教學、科研和通信的學術網(wǎng)絡。從1994年以后，Internet開始進入商業(yè)化階段，政府部門、商業(yè)企業(yè)以及個人開始廣泛使用Internet。Internet也正面臨著多種挑戰(zhàn)，包括網(wǎng)絡的頻寬和可擴展性、網(wǎng)絡的安全性、網(wǎng)絡的服務質量、多種新的網(wǎng)絡應用需求以及引發(fā)的商業(yè)、文化和社會問題。美國為此啟動了兩個項目，一個是下一代Internet，即NGI，另一個是Internet2，以迎接網(wǎng)絡時代所面臨的挑戰(zhàn)。1.1.3計算機網(wǎng)絡的組成及主要功能1．計算機網(wǎng)絡的組成客戶機?？蛻魴C是網(wǎng)絡中請求其他計算機上的資源或服務的計算機。在有些情況下，它也可以充當服務器。術語“客戶機”也可以指客戶機工作站的使用者。服務器。網(wǎng)絡上管理共享資源的計算機。通常，服務器比客戶機擁有更強的處理能力、更多內存和硬盤空間。服務器上運行的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)不僅可以管理網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)，而且可以管理用戶、用戶組、安全和應用程序。工作站。工作站是桌面計算機，它也許會連接到某網(wǎng)絡上，也許沒有。大多數(shù)客戶機是工作站計算機。網(wǎng)絡接口卡（NIC）。網(wǎng)絡接口卡（簡稱網(wǎng)卡）是使工作站連接到網(wǎng)絡，并與網(wǎng)絡中其他計算機相互通信的設備。各家生產的網(wǎng)絡接口卡規(guī)格不一樣，但都滿足網(wǎng)絡和工作站的需求。由于不同的PC和網(wǎng)絡需要不同類型的網(wǎng)絡接口卡，所以不能想當然地認為在某工作站上運行正常的網(wǎng)絡接口卡在別的工作站上也能照樣運行。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)（NOS）。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)運行在服務器上，使服務器具有管理數(shù)據(jù)、用戶、用戶組、安全、應用程序以及其他網(wǎng)絡的功能?，F(xiàn)在最流行的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是WindowsServer2003、Linux以及UNIX。主機。主機是管理共享資源的服務器。節(jié)點。節(jié)點是網(wǎng)絡中由常稱作網(wǎng)絡地址的惟一數(shù)字標識的客戶機、服務器或其他設備。拓撲結構。拓撲結構指的是計算機網(wǎng)絡的物理布局。網(wǎng)絡拓撲應根據(jù)組織的需求、所擁有的硬件和技術人員的不同而變化。通常，網(wǎng)絡拓撲結構有環(huán)型、總線型或星型，或以上三種的混合模型。網(wǎng)絡拓撲結構會在1.2節(jié)中詳細介紹。協(xié)議。協(xié)議是網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的規(guī)則。協(xié)議保證數(shù)據(jù)正確地依次從網(wǎng)絡中一個節(jié)點傳送到其他節(jié)點。為有效地維護和管理網(wǎng)絡，必須對網(wǎng)絡協(xié)議有深刻的理解。數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包是從網(wǎng)絡上某臺計算機傳送到其他計算機的分散的數(shù)據(jù)單元。數(shù)據(jù)包也被稱作數(shù)據(jù)報、協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）、幀或信元。編址。編址是給網(wǎng)絡中每臺工作站和設備分配惟一標識數(shù)字的方案。具體使用何種編址方案依賴于網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡中每臺計算機都應該有一個惟一的地址，這樣才可能保證數(shù)據(jù)在計算機間可靠地傳送。傳輸介質。傳輸介質是真正承載數(shù)據(jù)流動的介質。傳輸介質可以是物理上可以看得到的介質，比如電纜或電話線，也可以是物理上看不見的介質（無線介質），比如無線電波。圖1-2是幾種介質的示例圖。2．計算機網(wǎng)絡的主要功能（1）共享資源。建立計算機網(wǎng)絡的主要目的在于實現(xiàn)“資源共享”，共享資源除了共享數(shù)據(jù)信息資源，還可利用計算機網(wǎng)絡共享主機設備。（2）數(shù)據(jù)通信。利用計算機網(wǎng)絡可以實現(xiàn)計算機用戶相互間的通信，如通過網(wǎng)絡上的文件服務器交換信息和報文、收發(fā)電子郵件、相互協(xié)同工作等。這些對辦公室自動化、提高生產率起著十分重要的作用。隨著Internet在世界各地的風行，傳統(tǒng)的電話、電報、郵遞等通信方式受到很大沖擊，電子郵件、BBS已為人們廣泛接受，視頻會議等各種通信方式正在迅速發(fā)展。（3）分布式數(shù)據(jù)處理。在獲得數(shù)據(jù)和需進行數(shù)據(jù)處理的地方設置計算機，把數(shù)據(jù)處理的功能分散到各臺計算機上，利用網(wǎng)絡環(huán)境來實現(xiàn)分布處理，如建立性能優(yōu)良、可靠性高的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。1.2計算機網(wǎng)絡拓撲結構組建局域網(wǎng)時應根據(jù)網(wǎng)絡安裝的費用、網(wǎng)絡的靈活性和可靠性來選擇網(wǎng)絡中各節(jié)點相互連接的結構類型，即網(wǎng)絡的拓撲結構。組建局域網(wǎng)的拓撲結構有很多種，其中最常見的有星型（Star）網(wǎng)絡拓撲結構、總線型（Bus）網(wǎng)絡拓撲結構和環(huán)型（Ring）網(wǎng)絡拓撲結構。1.2.1總線型網(wǎng)絡拓撲結構總線結構是比較普遍采用的一種方式，它將所有的入網(wǎng)計算機均接入到一條通信線上，為防止信號反射，一般在總線兩端連有終結器匹配線路阻抗。在圖l-3所示的總線型網(wǎng)絡拓撲結構中，文件服務器和所有工作站都連在一條主干電纜上。這種拓撲類型的典型例子是以太網(wǎng)。總線型網(wǎng)絡拓撲結構的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。線路利用率高：由于多個節(jié)點共用一條傳輸線路，因此線路利用率較高。地理覆蓋范圍?。汗每偩€的長度受到一定的限制，通常小于幾千米，節(jié)點至總線的連接線也較短，因此一般局限于某個單位。傳輸速率高：可利用高速信道來連接多個節(jié)點，其傳輸速率可達到100Mbps或更高。網(wǎng)絡建造容易：由于網(wǎng)絡的物理結構簡單，將節(jié)點連接到總線上也容易，相應的傳輸控制機構也簡單，因此網(wǎng)絡建造容易。1.2.2星型網(wǎng)絡拓撲結構星型網(wǎng)絡拓撲結構是以一個節(jié)點為中心的處理系統(tǒng)，各種類型的入網(wǎng)機器均與該中心節(jié)點有物理鏈路直接相連，節(jié)點間不能直接通信，需要通過該中心節(jié)點轉發(fā)，因此中心節(jié)點必須有較強的功能和較高的可靠性。如圖1-4所示星型網(wǎng)絡拓撲結構的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。功能高度集中：整個網(wǎng)絡的處理和控制功能高度集中在中心節(jié)點。響應時間與終端數(shù)目有關：當終端數(shù)目較少時，終端的請求能夠獲得及時響應，但隨著終端數(shù)目的增多，響應時間也隨之加長。單信息流通路徑：每個終端通常只有一條信息流通路徑到達中心節(jié)點，反之亦然，因此不存在路徑選擇問題。線路利用率低：每條通信線路只連接一個終端，使該線路利用率不高?？蓴U充性差：星型網(wǎng)絡由于受到硬件接口和軟件功能的限制，因而可擴充性較差。1.2.3環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結構在如圖1-5所示的環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結構中，信號沿一個方向在閉合環(huán)路電纜中傳播。網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中都賦有一個具體地址，該地址也是網(wǎng)上某站點的地址。環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結構的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。傳輸時延的確定性：從某源點發(fā)出的信息能在確定的時間內到達目標節(jié)點?；谶@一特點，可構成實時性要求較高的網(wǎng)絡?？煽啃圆睿寒敪h(huán)路上任何一個轉發(fā)器或者兩個轉發(fā)器之間的連線發(fā)生故障時，將導致整個網(wǎng)絡的癱瘓，因此，基本環(huán)型網(wǎng)絡是不可靠的。靈活性差：無論在增加或是減少網(wǎng)絡節(jié)點時，都需要斷開原有環(huán)路，并對介質訪問控制進行調整。網(wǎng)絡建造容易：由于網(wǎng)絡中的每個轉發(fā)器都只與相鄰的兩個轉發(fā)器相連接，這使網(wǎng)絡結構簡單，且介質訪問控制也不復雜，所以網(wǎng)絡建造比較容易。1.2.4網(wǎng)絡型網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構分為全連接網(wǎng)狀型和不完全連接網(wǎng)狀型兩種形式。在全連接網(wǎng)狀型中，每一個節(jié)點和網(wǎng)中其他節(jié)點均有鏈路連接。在不完全連接網(wǎng)型中，兩節(jié)點之間不一定有直接鏈路連接，它們之間的通信，可以依靠其他節(jié)點轉接。最能容錯的網(wǎng)絡拓撲結構是網(wǎng)絡型拓撲結構，在這種拓撲結構中，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都能連接到其他節(jié)點上，如圖1-6所示。網(wǎng)絡型拓樸結構的最大優(yōu)點是單一節(jié)點或者電纜區(qū)段的故障不會引起網(wǎng)絡崩潰。當某個電纜區(qū)段出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)能夠通過其他節(jié)點重新確定線路，并到達最終的目的地。因而，這種拓撲結構具有較強的容錯（FaultTolerant）能力。但是，網(wǎng)絡型拓撲實現(xiàn)起來成本非常高，布線也很麻煩。一般地，網(wǎng)絡型拓撲僅用于大型系統(tǒng)，例如幀中繼、ATM或者其他分組交換網(wǎng)絡。在這些網(wǎng)絡中，成本相對性能和容錯退居到次要位置。1.2.5混合型網(wǎng)絡拓撲結構以上介紹的是最基本的網(wǎng)絡拓撲結構，在組建局域網(wǎng)時常采用星型、環(huán)型、總線型和樹型結構。樹型和網(wǎng)絡型結構在廣域網(wǎng)中比較常見。但是在一個實際的網(wǎng)絡中，可能是上述幾種網(wǎng)絡構型的混合。在選擇拓撲結構時，主要考慮的因素有：安裝的相對難易程度、重新配置的難易程度、維護的相對難易程度、通信介質發(fā)生故障時受到影響的設備的情況等。1.3計算機網(wǎng)絡的分類網(wǎng)絡分類方式繁多，一般有以下幾種分類方式：（1）按地域范圍可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)3類。（2）按拓撲結構可分為總線、星型、環(huán)型、網(wǎng)絡型等。（3）按交換方式可分為電路交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、幀中繼交換網(wǎng)、信元交換網(wǎng)等。（4）按網(wǎng)絡協(xié)議可分為采用TCP/IP、SNA、SPX/IPX、AppleTalk等協(xié)議的網(wǎng)絡。（5）按應用規(guī)?？煞譃镮ntranet、Extranet等。下面詳細介紹從網(wǎng)絡的作用范圍進行分類所涉及到的幾種網(wǎng)絡類型（見表1-1）。分類縮寫分布距離(近似)所處的范圍局域網(wǎng)LAN10米房間100米樓宇10千米校園城域網(wǎng)MAN數(shù)千米城市廣域網(wǎng)WAN幾十到幾千千米城市、國家、洲或全球因特網(wǎng)Internet1.3.1局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork）一般用微型計算機通過高速通信線路相連（速率通常在10Mbps以上），但在地理上則局限在較小的范圍（如1km左右）內。它是由一個部門或單位組建的網(wǎng)絡。局域網(wǎng)是在微型計算機大量應用后才逐漸發(fā)展起來的計算機網(wǎng)絡。一方面，局域網(wǎng)容易管理與配置；另一方面，局域網(wǎng)容易構成簡潔整齊的拓撲結構。局域網(wǎng)速率高，延遲時間短，因此，網(wǎng)絡站點往往可以對等地參與對整個網(wǎng)絡的使用與監(jiān)控。再加上局域網(wǎng)具有成本低廉、應用廣泛、組網(wǎng)方便和使用靈活等特點，因此深受廣大用戶的歡迎。1．局域網(wǎng)的典型應用場合同一房間內的所有計算機，覆蓋范圍一般不超過10m。同一樓宇內的所有計算機，覆蓋范圍一般不超過100m。同一校園、廠區(qū)、院落內的所有計算機，覆蓋范圍一般不超過10km。2．局域網(wǎng)的基本特征（1）局域網(wǎng)是限定區(qū)域的網(wǎng)絡。“限定區(qū)域”指LocalArea，但其具體大小并無太大的意義，比較恰當?shù)氖菍ⅰ跋薅▍^(qū)域”理解為一個在功能上相對獨立、組織上相對封閉的空間，例如公司的大樓、學校園區(qū)等。（2）局域網(wǎng)的線路是專用的?！熬€路專用”是局域網(wǎng)的顯著特點之一。局域網(wǎng)一般不使用公用通信線路，是用傳輸介質自行連接而成的網(wǎng)絡。（3）局域網(wǎng)具有較高的數(shù)據(jù)通信速率。由于覆蓋范圍有限，線路較短，所以構建局域網(wǎng)時可選用高性能的傳輸介質以獲取較高的數(shù)據(jù)通信速率。如以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達10M、100M甚至1000M。（4）局域網(wǎng)具有開放性。局域網(wǎng)的體系結構符合ISO的OSI標準，能與任何符合OSI標準的系統(tǒng)進行通信。1.3.2城域網(wǎng)（MAN）城域網(wǎng)MAN（MetropolitanAreaNetwork）的作用范圍在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間，因為隨著局域網(wǎng)的廣泛使用，人們逐漸要求擴大局域網(wǎng)的使用范圍，或者要求將已經使用的局域網(wǎng)互相連接起來，使其成為能夠覆蓋一座城市的網(wǎng)絡。因此，城域網(wǎng)的設計目標是滿足幾十千米范圍內的大量機構中用戶的聯(lián)網(wǎng)需求，能夠滿足大量用戶傳輸多種信息的要求。例如作用范圍是一個城市，其傳送速率比局域網(wǎng)的更高，但作用距離約為5～50km。由于各種原因，城域網(wǎng)的特有技術沒能順利應用。在實踐中，使用廣域網(wǎng)技術構建與城域網(wǎng)目標范圍和大小相當?shù)木W(wǎng)絡，反而顯得更加便捷實用。1.3.3廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN（WideAreaNetwork）的作用范圍通常為幾十到幾千千米。廣域網(wǎng)有時也稱為遠程網(wǎng)。WAN是與局域網(wǎng)相對而言的，一般用來連接廣闊區(qū)域中的LAN網(wǎng)絡。廣域網(wǎng)通常是租用電話線或用專線建造的，它的覆蓋范圍可以遍布于城市、國家，甚至全球。廣域網(wǎng)的基本特征如下：（1）信息的傳輸距離相對較長，一般都在幾千米以上。（2）數(shù)據(jù)傳輸速率較低，一般在2Mbps之內。但隨著通信技術的迅速發(fā)展，國內使用的廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率可望達到1Gbps。（3）網(wǎng)絡的連接結構不很規(guī)范，有較大的隨意性。1.3.4因特網(wǎng)（Internet）因特網(wǎng)（又稱為國際互聯(lián)網(wǎng)）是廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)、局域網(wǎng)與局域網(wǎng)進行互聯(lián)而形成的網(wǎng)絡。與局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)不同，因特網(wǎng)不是一種具體的物理網(wǎng)絡技術，而是將不同的物理網(wǎng)絡技術按某種協(xié)議統(tǒng)一起來的一種高層技術。目前，世界上發(fā)展最快、最熱門的網(wǎng)絡就是Internet，它是世界上最大、應用最廣泛的計算機網(wǎng)絡。1.3.5從使用范圍進行分類從網(wǎng)絡的使用范圍進行分類，可以劃分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。公用網(wǎng)（Publicnetwork）一般是國家的電信部門建造的網(wǎng)絡?！肮谩钡囊馑季褪撬性敢獍措娦挪块T規(guī)定交納費用的人都可以使用。因此公用網(wǎng)也可稱為公眾網(wǎng)。專用網(wǎng)（Privatenetwork）是某個部門為本系統(tǒng)的特殊業(yè)務工作的需要而建造的網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡一般不向本系統(tǒng)以外的人提供服務。例如，軍隊、鐵路、電力等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。1.4計算機網(wǎng)絡通信基礎1.4.1數(shù)據(jù)、信號、信道和異步通信l．數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是有意義的實體，是描述事物的形式，例如數(shù)字、文字、聲音和圖像等。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩類。模擬數(shù)據(jù)是指在某個區(qū)間連續(xù)變化的量，例如聲音的大小和溫度的高低等。數(shù)字數(shù)據(jù)是指離散（不連續(xù)）的量，例如文本信息和自動生產線上零件個數(shù)的計數(shù)值等。2．信號信號是數(shù)據(jù)的電磁編碼或電子編碼。在通信系統(tǒng)中，信號可分為模擬信號和數(shù)字信號。其中，模擬信號指隨時間連續(xù)變化的電信號，例如電話線上傳送的按照語音強弱幅度連續(xù)變化的電信號；數(shù)字信號指離散變化的電信號，例如計算機產生的用于表達“0”和“l(fā)”的電壓脈沖。3．信道信道一般是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。一條信道可以看成是一條電路的邏輯部件。從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有以下三個基本方式：（1）單向通信。又稱為單工通信，即只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。（2）雙向交替通信。又稱為半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能同時發(fā)送（也不能同時接收）。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時間后再反過來。（3）雙向同時通信。又稱為全雙工通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。單向通信只需要一條信道，而雙向交替通信或雙向同時通信則都需要兩條信道（每個方向各一條）。顯然，雙向同時通信的傳輸效率最高。如果從通信的發(fā)送端所產生的信號形式來看，信號可以分為以下兩大類：模擬信號。即連續(xù)的信號，如話音信號和目前的廣播電視信號。數(shù)字信號。即離散的信號，如計算機通信所用的由二進制代碼1和0組成的信號。信道也可以分成傳送模擬信號的模擬信道和傳送數(shù)字信號的數(shù)字信道兩大類。但應注意，數(shù)字信號在經過數(shù)模變換后就可以在模擬信道上傳送，而模擬信號在經過模數(shù)變換后也可在數(shù)字信道上傳送。信道上傳送的信號還有基帶（baseband）信號和寬帶（broadband）信號之分?；鶐盘柧褪菍?shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。寬帶信號則是將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號。4．異步通信若發(fā)送方與接收方之間在發(fā)送數(shù)據(jù)前無須協(xié)調（同步），則這種通信稱為異步的（asynchronous）。異步通信中接收硬件必須具備接收并解釋發(fā)送硬件本身產生的信號的能力。為理解電流如何編碼位串，可假設在一根連接兩臺電子設備的導線上，用負電壓來表示1，用正電壓來表示0。例如，為發(fā)送一位0，發(fā)送設備在導線上放置一個正電壓并保持一小段時間，然后返回零伏。圖1-7顯示了導線上的電壓在發(fā)送設備發(fā)送位串時如何隨時間變化。這樣的圖叫做波形圖（waveformdiagram），這樣一張圖形象地說明了電信號如何隨時間發(fā)生變化。（1）通信標準國際電信聯(lián)盟（ITU）、電子工業(yè)協(xié)會（EIA）以及電子電氣工程師協(xié)會（IEEE）等組織出版了作為工業(yè)標準的通信設備規(guī)格的標準文本。一個由EIA提出的標準已經被廣泛接受，并被用于在計算機與調制解調器、鍵盤或終端之類的設備之間傳輸字符。EIA標準RS-232-C，常簡稱為RS-232RS-232。允許發(fā)送方在任何時刻發(fā)送一個字符，并可在發(fā)送另一個字符前延遲任意長的時間。RS-232硬件并不在導線上保持零伏狀態(tài)，當發(fā)送方不再發(fā)送時，它使導線處于一個負電壓狀態(tài)，而這代表位值為1。由于導線上在各個位的間隙之間并不回到零伏，接收方不能從電壓的消失來標記一位的結束或另一位的開始。因此發(fā)送器和接收器必須使每一位上電壓維持的時間完全一致，當字符的第一位到達時，接收器啟動一個計時器，并且使用該計時器定時測量每一個后續(xù)位的電壓。由于接收器并不能對線路的空閑狀態(tài)和一位真正的1做出區(qū)分，RS-232標準要求發(fā)送器在傳輸字符的各位之前先傳輸一位額外的0，這一附加位就是我們所說的起始位。在一個字符結束與下一個字符開始之間的空閑時間可以持續(xù)任意長，但RS-232要求發(fā)送方必須使線路保持空閑狀態(tài)至少達到某一最小時間，通常所選定的最小時間就是傳輸一位所需的時間。是跟有一位1。在RS-232術語中，這一虛幻的位稱為終止位（stopbit）。圖1-8中的波形圖說明了在用RS-232傳輸一個字符時導線上的電壓是如何變化的。例子中所顯示的字符僅包含7位，但RS-232在傳輸中增加了起始位和終止位，這樣整個傳輸需要9位。-15V表示1，+15V表示0。RS-232的主要性能：RS-232是在計算機與調制解調器或ASCII終端之間實現(xiàn)短距離異步串行通信的一個流行標準。RS-232在每個字符前用一位起始位做前導，在每個字符后跟隨至少一位長的空閑時間（終止位），并且傳輸每一位都使用相同的時間。2）波特率和幀對齊差錯波特率（baudrate）：傳輸硬件的工作速率，也就是每秒中硬件產生的電信號變化的次數(shù)，就等于每秒中傳輸?shù)奈粩?shù)。波特率既能手工設置，也能由程序自動設置幀對齊差錯（framingerror）：電壓彼此不一致，或停止位并不在期待的時刻出現(xiàn)，接收器將報告出錯。（3）全雙工異步通信在兩個方向上的同時傳輸就是我們所說的全雙工傳輸（fullduplextransmission），而單向傳輸則被稱為半雙工傳輸或單工傳輸（halfduplextransmission或simplextransmission）。上圖接地線直接從一個設備的接地端連向另一設備的接地端。但是，另兩根導線相互交叉：一臺設備的數(shù)據(jù)發(fā)送端連到另一臺設備的接收端。為使連線更簡單，設計者決定計算機與調制解調器在標準的25針連接器上采用相反的引腳，即計算機用引腳2發(fā)送，引腳3接收；而調制解調器用引腳3發(fā)送，引腳2接收（接地線用引腳7）。1.4.2調制、解調與遠距離數(shù)據(jù)傳輸一個連續(xù)振蕩信號能比其他信號傳播到更遠的地方。這一結果形成了絕大多數(shù)遠距離通信系統(tǒng)的基礎。與僅傳輸數(shù)據(jù)位變化而變化的電流不同，遠距離通信發(fā)送連續(xù)的振蕩信號，通常為正弦波，稱為載波（Carrier）。下圖給出了其波形。調制（modulation）：為發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送器略微修改其載波網(wǎng)絡技術使用多種調制技術，包括調幅（amplitudemodulation）與調頻（frequencymodulation），也就是AM與FM電臺所使用的技術。1．幾種最基本的調制方法如圖所示：（1）調幅（AM）。即載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，0對應于無載波輸出，而1對應于有載波輸出。（2）調頻（FM）。即載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，0對應于頻率f1，而1對應于頻率f2。（3）調相（PM）。即載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，0對應于相位0度，而1對應于相位180度。2．用于調制和解調的調制解調器硬件接收一串數(shù)據(jù)位，并根據(jù)這些位串調制載波的硬件線路稱為調制器（modulator）；而接收載波，并重建調制在載波上的數(shù)據(jù)的各二進制位的硬件線路稱為解調器（demodulator）。因此，長距離數(shù)據(jù)傳輸要求在線路的一端有一個調制器，另一端有一個解調器。調制解調器，即MODEM（調制器和解調器英文字頭的縮寫）。下圖顯示了用于連接相隔距離很遠的兩臺計算機的一對調制解調器。3．載波頻率和多路復用計算機網(wǎng)絡應用分離頻道的原理可以使多個通信共享單根物理連線。每一發(fā)送器用一個給定頻率的載波傳輸數(shù)據(jù)，每一接收器被設置成只接收給定頻率的載波，且不受其他頻率的干擾。所有載波可在同一時間通過同一導線而互不干擾。頻分多路復用（frequencydivisionmultiplexing，F(xiàn)DM）是用多個載波頻率在一個介質中同時傳輸多個獨立信號的計算機網(wǎng)絡術語。FDM技術可用于在導線、RF或光纖上傳輸信號。下圖說明了這一概念并顯示了FDM所需的硬件。4．基帶和寬帶技術工程師們利用頻分多路復用建立了許多網(wǎng)絡技術，它們允許在同一介質上同時進行相互獨立的通信。例如，無線網(wǎng)絡中使用的發(fā)送器和接收器可以設定為特定的頻道，使同一房間內兩組獨立的計算機能同時通信。一組計算機使用頻道1進行通信，同時另一組使用頻道2進行通信。使用頻分多路復用的主要動機在于對高吞吐率的需求。為了達到更高的吞吐率，底層的硬件使用電磁頻譜中更大的一部分（即更高的帶寬）。用寬帶技術（broadbandtechnology）這一術語用來描述這些技術。另一方面，任何只使用電磁頻譜中很小的一部分，一次只在介質上發(fā)送一個信號的技術稱為基帶技術（basebandtechnology）。5．波分多路復用用于無線電傳輸?shù)念l分多路復用技術同樣可以應用于光傳輸系統(tǒng)。從技術上來說，光的FDM稱為波分多路復用（wavedivisionmultiplexing）。因為可見光的頻率在人們看來就是不同的顏色，工程師們有時也使用非正式的說法：色分多路復用（colordivisionmultiplexing），并將載波戲稱為“紅”，“橙”，“藍”等。波分多路復用將多種光波通過同一根光纖發(fā)送。在接收端，用一塊玻璃棱鏡來分開不同頻率的光波。和一般的FDM類似，因為特定頻率的光不會干擾另一頻率的光，所以不同頻率的載波可以合并在同一介質中傳輸。6．時分多路復用和FDM不同的另一種復用形式是時分多路復用（timedivisionmultiplexing，TDM）。在這種方式中各個發(fā)送源輪流使用共享的通信介質。例如，某些TDM硬件使用循環(huán)（round-robin）方案共享介質，多路復用器從源1發(fā)送一小批數(shù)據(jù)，然后從源2發(fā)送一小批數(shù)據(jù)，如此循環(huán)。這一方法給每個數(shù)據(jù)源以同等的機會使用共享的介質。實際上，絕大多數(shù)計算機網(wǎng)絡使用某種形式的TDM。1.4.3數(shù)據(jù)交換技術要通過有中間節(jié)點的網(wǎng)絡來把數(shù)據(jù)從源地發(fā)送到目的地，以此實現(xiàn)通信。這些中間節(jié)點并不關心數(shù)據(jù)內容，其目的是提供一個交換設備，用這個交換設備把數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點直至到達目的地，下圖表示了這種情況。通常將希望通信的一批設備稱為站，而將提供通信的一批設備稱為節(jié)點。這些節(jié)點以某種方式用傳輸鏈路相互連接起來，每個站都連接到一個節(jié)點上去。節(jié)點集稱為通信網(wǎng)絡，如果所連接的設備是計算機和終端的話，那么節(jié)點集加上一些站稱為計算機網(wǎng)絡。通常使用三種交換技術：線路交換，報文交換和分組交換。1.4.3.1

線路交換使用線路交換（circuitswitching）的方式，就是通過網(wǎng)絡中的節(jié)點在兩個站之間建立一條專用的通信線路，最典型的線路交換的例子是電話系統(tǒng)。通過線路交換進行通信指的是：在兩個站之間有一個實際的物理連接，這種連接是節(jié)點之間線路的連接序列。在每條線路上，通道專門用于連接。線路交換方式的通信包括三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)可利用上圖加以解釋。1．線路建立在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到端（站到站）的線路。例如，A站發(fā)送一個請求到節(jié)點4，請求與B站建立一個連接。典型的做法是，A站先向與之相連的節(jié)點1提出請求，節(jié)點1必須在通向節(jié)點4的路徑中找到下一個支路。根據(jù)路徑選擇信息，節(jié)點1選擇節(jié)點2的線路，在此線路上分配一個未用的通道（使用時分多路復用TDM或頻分多路復用FDM），并且并告訴節(jié)點2發(fā)送一個報文請求連接到4節(jié)點，至此，已經建立了一條從A站經過節(jié)點2到節(jié)點4的專用通路124。因為可能有許多站點連接到節(jié)點4，當線路發(fā)生擁塞，則可能另建立一條經過節(jié)點3的線路134或經過節(jié)點6、7、5的線路16754。在完成這些連接的過程中，要通過測試來測定，若都不行則不能傳輸數(shù)據(jù)。2．數(shù)據(jù)傳送現(xiàn)在，可以通過網(wǎng)絡把信號從A站傳送到B站，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字的（例如從終端傳輸?shù)接嬎銠C），也可以是模擬的（例如聲音），信號發(fā)送和傳輸可以分別是數(shù)字的或者是模擬的?？傊?，經濟的路徑是：從A站到節(jié)點4的線路，經過節(jié)點1，節(jié)點2到節(jié)點4形成通道，到B站。一般來說，這種連接是全雙工的，可以在兩個方向傳輸數(shù)據(jù)。3．線路拆除在某個數(shù)據(jù)傳送周期結束以后，就要結束連接，通常由兩個站中的一個來完成這個動作。必須把信號傳播到節(jié)點1、2和4，以便釋放專用資源。因為在數(shù)據(jù)傳輸開始以前必須建立連接通路，因此通路中的每對節(jié)點之間的通道容量必須是可用的，而且每個節(jié)點必須有內部交換能力來處理連接，交換節(jié)點必須有智能以進行分配和求出通過網(wǎng)絡的路徑。1.4.3.2報文交換

另一個完全不同的在網(wǎng)絡上通信的方法是報文交換（messageswitching）。

在報文交換中，不需要在兩個站之間建立一條專用通路。相反，如果一個站想要發(fā)送一個報文（信息的一個邏輯單位），它把一個目的地址附加在報文上，然后把報文從節(jié)點到節(jié)點依次通過網(wǎng)絡。每個節(jié)點先接收整個報文，暫存這個報文，然后發(fā)送到下一個節(jié)點。

在線路交換的網(wǎng)絡中，每個節(jié)點是一個電子的或者是機電結合的交換設備，這種設備發(fā)送二進制位同接收二進制位一樣快。報文交換節(jié)點通常是一臺通用的小型計算機，它具有足夠的存儲容量來緩沖進入的報文。一個報文在每個節(jié)點的延遲時間，等于接收報文的所有位所需的時間加上等待時機重傳到下一個節(jié)點所需的排隊延遲時間。報文交換與線路交換相比有七大優(yōu)點：（1）線路效率較高。這是因為許多報文可以分時共享一條節(jié)點到節(jié)點的通道，對于同樣的通信量來說，總的傳輸能力需要較少（2）不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡可以在接收器可用之前暫時存儲這個報文。（3）在線路交換網(wǎng)絡上，當通信量變得很大時，某些呼叫會被封鎖，而在報文交換網(wǎng)絡上，卻仍然可以接收報文，但是傳送延遲會增加。（4）報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而線路交換網(wǎng)絡卻很難做到這一點。（5）能夠建立報文的優(yōu)先權。（6）報文交換網(wǎng)絡可以進行速度和代碼的轉換。因為每個站可以用它特有的數(shù)據(jù)傳輸率連接到其他節(jié)點，所以兩個具有不同傳輸率的站也可以連接。報文交換網(wǎng)絡也可以很容易地轉換數(shù)據(jù)的格式（例如從ASCII碼轉換為EBCDIC碼），這些特點在線路交換系統(tǒng)中常常很難找到。（7）發(fā)往不操作終端的報文可以被截獲，然后存儲或重新選擇到另一臺終端的路徑。報文交換的主要缺點是它不能滿足實時或交互式的通信要求，經過網(wǎng)絡時的延遲是相當長的，而且有相當大的變化。因此，這種方式不能用于聲音連接，也不適合交互式終端到計算機的連接。1.4.3.3分組交換分組交換（packetswitching）試圖結合報文交換和線路交換的優(yōu)點，