數據通信與計算機網絡

總述:基礎,可以看做是網絡的基礎部分

 

1.數據通信基本知識

答:數據通信是計算機網絡的基礎,計算機網絡通過採用數據通信方式進行通信。數據通信是計算機之間或計算機與其他數據終端之間存儲、處理、傳輸信息的一種通信技術,數據通信的目的就是傳遞信息。

各種數據終端設備交換數據,就必然傳輸數據,數據傳輸的路徑稱爲信道。信道分爲物理信道和邏輯信道。物理信道由傳輸介質和設備組成,是傳輸信號的物理通路,網絡中兩個節點之間的物理通路稱爲通信鏈路。物理信道根據傳輸介質不同可以分爲有線信道和無線信道,根據傳輸數據類型不同分爲數字信道和模擬信道。邏輯信道是在數據發送端和接收端之間不存在一條物理上的線路,可以是有連接的,也可以是無連接的。信道按照傳輸方向與時間的不同,可以分爲單工、半雙工、全雙工三種傳輸方式。信號帶寬是指該信號包含的各種不同頻率成分所佔據的頻率範圍,即:信道帶寬=最高頻率-最低頻率。信道的傳輸速率可以用碼元傳輸速率和信息傳輸速率兩種方式來描述。碼元傳輸速率中一個碼元就是一個數字脈衝,用碼元速率表示單位時間內信號波形的變換次數,即單位時間內傳送碼元的數目。數據傳輸速率即比特率,單位是比特/秒,表示每秒傳送的信息量。計算信道的傳輸速率時需要考慮無噪聲的理想信道還是有噪聲的實際干擾信道。在理想信道情況下,2個碼元的離散值等於1個比特的信息量,碼元有多少不同種類,取決於其使用的調製技術。在有噪聲的實際信道下,有限貸款、有隨機熱噪聲信道的最大傳輸速錄與信道帶寬、信號噪聲功率比S/N之間的關係如下:dB=10*log10(S/N)。通常這個極限值非常難以接近。

時延是指數據從信道的一端傳送到另一端需要的時間,可分爲發送時延、傳播時延、處理時延。數據幀經歷的總時延是上述三項之和。發送時延=數據幀長度(b)/信道帶寬(bps)。傳播時延=信道長度(m)/電磁波在信道上的傳輸速率(m/s)。處理時延是收到信息後進行處理花費的時間,主要是信息排隊處理的時間。傳輸質量通常用誤碼率來表示,在一定的統計時間內,數字信號在傳輸過程中發生錯誤的維數與傳輸的總數之比。

數據傳輸的技術有:並行傳輸和串行傳輸、異步傳輸和同步傳輸。數據傳輸的形式有:數字信號的基帶傳輸、模擬信號的頻帶傳輸、寬帶傳輸。無論是何種信息傳輸技術的形式,都要考慮將信息轉換爲二進制編碼,二進制編碼轉換爲信道支持的信息傳輸格式,然後解決信道的帶寬和傳輸效率問題,最後是解析轉換信號。

 

2.網絡體系結構與協議

答:網絡互聯模型(OSI/RM):物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

TCP/IP結構模型:網絡接口層、網絡互聯層、傳輸層、應用層。 常見的網絡協議主要分佈在應用層、傳輸層、網絡層。應用層的常見協議有:FTP、TFTP、HTTP、SMTP、DHCP、Telnet、DNS、SNMP等。傳輸層的常見協議有TCP、UDP。網絡層的常見協議有:IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP等。

IP地址由網絡號和主機號組成,網絡號唯一標識一個網絡,主機號則確定某個網絡上的某一臺主機。根據網絡號和主機號的不同劃分,IP地址分爲5類:A類IP地址最高位爲0,高8位爲網絡號,其後24位表示主機號;B類IP地址最高位爲10,其高16位爲網絡號,後16位爲主機號;C類IP地址最高位爲110,高24位爲網絡號,後面8位爲主機號;D類地址也是組播地址,用於網絡中的組播;E類地址爲保留地址,目前尚未定義和使用。不管怎麼說,IP地址在這種涉及下是有限的,爲了解決地址不足,子網掩碼就是解決這個問題的方案。子網的主要思想是將IP地址劃分爲網絡號、子網號、主機號三部分。子網由子網掩碼標識,子網掩碼是一個32位的二進制數,是網絡標識和子網標識部分全爲1,主機標識部分全爲0。判斷兩臺機器是否在同一個網絡中,只需要將其IP地址和給定的子網掩碼分別進行邏輯與運算,如果結果相等則屬於同一個子網,否則不是。由於子網的使用導致網絡中路由表項目的數量激素增長,於是人們採用無分類編制技術,正式稱呼是無分類域間路由CIDR。CIRD消除了傳統IP地址分類和子網概念,用IP地址加網絡前綴佔用位數表示,如128.2.3.4/20表示網絡前綴爲20位,剩下12位爲主機號,這壓縮了路由表的尺寸,提高了查詢速度。IPv6是IPv4的下個版本,目前已經在使用的道路上了。

 

3.局域網和廣域網

答:局域網的網絡拓撲結構有星型結構、總線結構、環型結構、網狀結構。局域網使用於地理分佈範圍較小的區域內。以太網技術是現在局域網的主流,其單工、半雙工的存取方法基礎是載波監聽多路訪問(CSMA/CD)技術,屬於競爭式介質訪問控制的協議;在全雙工的以太網中,不受CSMA/CD的約束。幀結構是以太網上傳輸信息的格式,以太網定義的幀結構如下:前導碼、目的地址、源地址、數據類型、發送的數據、幀校驗序列。以太網常用的傳輸介質有同軸電纜、雙絞線、光纖。

無限局域網主要使用射頻技術取代原先局域網中必不可少的傳輸介質。無線局域網的拓撲結構分爲接入點模式和無接入點模式,大部分情況下,無線網絡作爲有線網絡的擴充,採用有接入點模式,存在無線網絡和有線網絡之間的轉換。無線局域網的標準是IEEE802.11。

廣域網技術主要是面向通信,支持用戶計算機的遠距離信息交換。常用的廣域網技術有:同步光纖網絡、數字數據網、幀中繼、異步傳輸模式技術等。同步光纖網絡(SONET)和同步數字層級(SDH)是一組有關光纖信道上同步數據傳輸的標準協議。數字數據網(DDN)利用數字信道提供半永久性連接電路,主要以傳輸數據信號爲主的數字傳輸網絡。幀中繼是一種高性能的廣域網技術,運行在OSI/RM的物理層和數據鏈路層上,是一種數據包交換技術,適合長距離、高波動數據量的情況。異步傳輸模式是以信元爲基礎的一種分組交換和複用技術,適應多傳輸類型的通用面向連接的傳輸模式。互聯網的接入方式主要有PSTN、ISDN、ASDL、FTTx+LAN、HFC接入這五種。

 

4.網絡互聯和常用設備

答:網絡互聯的常用設備有:中繼器、網橋、路由器、網關、集線器、二層交換機、三層交換機、多層交換機。常用交換技術有電路交換、報文交換、分組交換,每種交換技術有其適用的環境。根據路由器的應用範圍,可以將其分爲內部網關協議、外部網關協議、核心網關協議三大類。從路由器使用的算法,路由協議可以分爲:距離向量協議、鏈路狀態協議、平衡性協議三大類。

 

5.網絡工程

答:網絡需求分析要從功能需求、通信需求、性能需求、可靠性需求、安全需求、運行與維護需求、管理需求等方面進行分析。對現有網絡分析和描述,需要了解:服務器的數量與位置、客戶機的數量與位置、同時訪問的數量、每天的用戶數、每次使用的時間、每次數據傳輸的數據量、網絡擁塞的時間段、採用的協議、通信模式進行。新的額網絡規劃需要基於現有設備的基礎上進行升級和改造,可將現有設備進行降級使用來最大化使用設備資源。

網絡設計的任務是:確定網絡總體目標、確定總體設計原則、通信子網設計、資源子網設計、設備選型、網絡操作系統與服務器資源設備、網絡安全設計。由於大型網絡非常複雜,通常使用分層設計,分層爲核心層、匯聚層、接入層。核心層的作用在於高速轉發和傳輸;匯聚層在於網絡策略控制、數據包處理、過濾尋址、以及其他數據處理任務;接入層是終端用戶接入網絡的層。

網絡實施的主要步驟有:工程實施計劃、網絡設備到貨驗收、設備安裝、系統測試、系統試運行、用戶培訓、系統轉換。

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