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通信网络基础知识

发布于：2024-01-10 10:40:10 来自：电气工程/建筑智能化 [复制转发]

什么是通信网络

我们周围无时无刻不存在一张网，如电话网、电报网、电视网、计算机网络等；即使我们身体内部也存在许许多多的网络系统，如神经系统、消化系统等。最为典型的代表即计算机网络，它是计算机技术与通信技术两个领域的结合。

计算机网络的演进

60 基于主机架构的低速串行链路，X.25和IBM的SNA

计算机网络的主要特性

资源共享
信息传输与集中处理

负载均衡与分布处理
综合信息服务

局域网、城域网、广域网定义

LAN（Local Area Network）

通常指几千米以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合

MAN（Metropolitan Area Network）

MAN覆盖范围为中等规模，介于局域网和广域网之间，通常是在一个城市内的网络连接（距离为10KM左右）

WAN（Wide Area Network）

分布距离远，它通过各种类型的串行连接以便在更大的地理区域内实现接入

常见网络拓扑结构

电路交换和分组交换

电路交换：基于电话网的电路交换

优点：延迟小、透明传输
缺点：带宽固定，网络资源利用率低，初始连接建立慢

分组交换：以分组为单位存储转发

优点：多路复用，网络资源利用率高
缺点：延迟大，实时性差，设备功能复杂

分组交换的单位，信元，二层帧。

计算机网络的性能标准

带宽（bandwidth）

描述在一定时间范围内能够从一个节点传送到另一个节点的数据量，通常以bps为单位，例如以太网带宽为10Mbps，快速以太网为100Mbps

延迟（delay）

描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间

协议、标准

网络协议（protocol）是什么？

网络协议是为了使网络中的不同设备能进行数据通信而预先制定的一套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。
网络协议是一系列规则和约定的规范性描述，定义了网络设备之间如何进行信息交换。

数据通信标准分为两类：事实的和法定的

事实标准：未经组织团体承认但已在应用中被广泛使用和接受的就是事实标准（de facto standard）
法定标准：由官方认可的团体制定的标准称为法定标准（de jure standard）

标准化组织

国际标准化组织（ISO）
电子电器工程师协会（IEEE）

美国国家标准局（ANSI）
电子工业协会（EIA / TIA）

国际电信联盟（ITU）
INTERNET工程任务委员会（IETF）

研究任务委员会IRTF
号码分配委员会IANA

OSI参考模型

OSI RM：开放系统互连参考模

OSI参考模型具有以下优点

简化了相关的网络操作
提供设备间的兼容性和标准接口

促进标准化工作
结构上可以分隔

易于实现和维护

第一层到第三层成为底层（Lower Layer），又叫介质层（media ），底层负责数据在网络中的传送，网络互连设备往往位于下三层，以硬件和软件相结合的方式来实现。OSI参考模型的第五层到第七层成为高层（Upper Layer），又叫主机层（Host Layer），高层用于保障数据的正确传输，以软件方式来实现。

OSI参考模型层次结构，OSI参考模型自下而上分为七层：

TCP/IP协议栈概述

TCP/IP起源于60年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目，到90年代已发展成为计算机之间最常用的组网形式。TCP/IP是一个真正的开放系统，因为其协议簇的定义及其多种实现可以免费或花费很少就可以公开地得到。TCP/IP是“全球互联网”或“因特网”Internet的基础。

与OSI参考模型一样，TCP/IP对等模型也分为不同的层次，每一层负责不同的通信功能。五层对等模型是OSI和TCP/IP模型的综合。

TCP/IP协议栈

IP协议是尽力传输的网络协议，其提供的数据传送服务是不可靠的、无连接的。IP协议不关心数据包的内容，不能保证数据包是否成功到达目的地，也不关心任何关于前后数据包的状态信息。面向连接的的可靠服务由上层的TCP协议实现。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP等数据都最终封装在IP报文中传输。

物理层功能

物理层主要是：规定介质类型、接口类型、信令类型；规范在终端系统之间激活、维护和关闭物理链路的电气、机械、流程和功能等方面的要求；规范电平、数据速率、最大传输距离和物理接头等特征；

同步串口可作为DCE 或者DTE，支持多种物理层协议：V.24/V.35/X.21 等协议，异步串口支持RS232 协议，最大速率为115.2kbit/s。G.703 E1/T1接口类型。

物理层介质和物理层设备

物理层介质：同轴电缆、双绞线、光纤、无线电波；

物理层设备：中继器、集线器；

数据链路层功能

MAC Sub-layer：Media Access Control Sub-Layer 介质访问控制子层

指定数据如何通过物理线路进行传输，并与物理层通信

LLC Sub-layer：Logic Link Control Sub-layer逻辑链路控制子层

识别协议类型并对数据进行封装通过网络进行传输

数据链路层协议

数据链路层局域网、广域网协议

数据链路层设备：以太网交换机

网络层功能与设备

功能：在不同的网络之间转发数据包

设备：路由器、三层交换机

网络层的任务就是要选择合适的路径并转发数据包，使数据包能够正确无误的从发送方传递到接收方。

网络层的主要功能包括：

编址：网络层为每个节点分配标识，这就是网络的地址（address）。地址分配也为从源到目的的路径选择提供了基础。
路由选择：网络层的一个关键作用是要确定从源到目的的数据传递应该如何选择路由，网络层设备在计算路由之后，按照路由信息对数据包进行转发。执行网络层路由选择的设备成为路由器（router）。
拥塞管理：如果网络同时传送过多的数据包，可能会产生拥塞，导致数据丢失或延迟，网络层也负责对网络上的拥塞进行控制。
异种网络互联：通信链路和介质类型是多种多样的，每种链路都有其特殊的通信规定，网络层必须能够工作在多种多样的链路和介质类型上，以便能够跨越多个网段提供通信服务。