网络通信技术

▶1.分组交换技术

在网络通信中，数据通过网络节点的某种转发方式，实现从一个端系统到另一个端系统之间的数据传输技术称为数据交换技术。数据交换技术有电路交换、报文交换和分组交换，计算机网络采用分组交换技术。
分组就是源主机(如服务器)将一个待发送的长报文(如网页内容)分割为若干个较短的分组(分组1,分组2,…,分组n),每个分组(也称为数据包)除报文信息外，分组首部还携带了源主机地址和目的主机地址、分组序号、通信协议等信息。然后，源主机把这些分组逐个发送出去。节点之间数据的相互传送过程称为交换。

分组交换采用存储转发的数据传送模式。如图7-9所示，网络节点(如A、B、C…)收到分组(如al,a2,…)后，先存储在本节点缓冲区，然后根据分组的目的地址和网络节点存储的路由信息进行分析，找到分组下一跳节点的地址(路由查表),然后将分组转发到下一个节点，经过数次网络节点的路由转发后，最终将分组传送到目的主机(如客户端)。分组交换和存储转发是计算机网络数据传输的基本方法。
分组在传输过程中，可能会出现数据包丢失、失序、重复、损坏、路由循环等问题，这需要一系列网络协议来解决这些问题。分组到达目的主机后，需要对分组按序号重新进行编排等工作，这也增加了处理时间。

▶2.信号传输模式

1)点对点传输

按照信号的发送和接收模式，可以将信号传输分为点对点(P2P)传输和广播传输。点对点传输是将网络中的主机(如计算机、路由器、交换机等)以点对点方式连接起来。网络中的主机通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点之间可能会有多条单独的链路。点对点传输主要用于城域网和广域网中。点对点传输的优点是网络性能不会随数据流量增加而降低。但网络中任意两个节点通信时，如果它们之间的中间节点较多，就需要经过多跳后才能到达，这加大了网络数据传输的时延。

2)广播传输

广播传输中有多条物理线路(如交换机与多台计算机之间的连接电缆),但是只有一个信道(所有线路在某个时间片内只能传输一个广播信号)。它类似于有线广播，虽然有多条广播线路，但是只能传输一个广播信号。以太网是应用最广泛的局域网技术，它采用广播形式发送和接收数据。绝大部分企业网络、校园网和部分城域网都采用以太网技术。

▶3.网络基本拓扑结构

1)网络拓扑结构的类型

在计算机网络中，如果把计算机、服务器、交换机、路由器等网络设备抽象为“点”,把网络中的传输介质抽象为“线”,这样就可以将一个复杂的计算机网络系统，抽象成为由点和线组成的几何图形，这种图形称为网络拓扑结构。
网络基本拓扑结构有总线型结构、星形结构、环形结构、树形结构、网形结构和蜂窝形结构。大部分网络是这些基本结构的组合形式。

2)星形网络拓扑结构

星形拓扑结构是局域网中应用最为普遍的一种结构。如图7-12(b)所示，星形拓扑结构的每个节点都有一条单独的链路与中心节点相连，所有数据都要通过中心节点进行交换，因此中心节点是星形网的核心。

星形网采用广播通信技术，局域网的中心节点设备通常采用交换机。在交换机中，每个端口都挂接在交换机内部背板总线上，因此，星形网虽然在物理上呈星形结构，但逻辑上仍然是总线型结构。
星形网结构简单，建设和维护费用少。一般采用双绞线作为传输介质，中心节点一般采用交换机，这样集中了网络信号流量，提高了链路利用率。

3)环形网络拓扑结构

在环形网络结构中，各个节点(如交换中心)通过环接口，连接在一条首尾相接的闭合环形通信线路中。环形网采用点对点通信技术。在环形网中，节点之间的信号沿环路顺或逆时针方向传输。

环形结构的特点是每个节点都与两个相邻的节点相连，因而是一种点对点通信模式。环网采用信号单向传输方式，如图7-13所示，如果N+1节点需要将数据发送到N节点，几乎要绕环一周才能到达N节点。因此环形网在节点过多时，信号会产生较大的时延。
环形网的建设成本较高，也不适用于多用户接入，环形网主要用于城域传输网和国家大型骨干传输网。

4)网络结构设计原则

1984年，互联网专家戴维·克拉克(David Clark)、戴维·里德(David Reed)、杰瑞·萨尔茨(Jerry Saltzer)在一篇论文中提出了“端到端”设计原则的讨论。他们认为：互联网不需要有最终的设计模型(有别于OSI/ISO模型),有些工作用户会来完成；互联网的大多数特征都必须在计算机终端的程序实现，而不是由网络的某个中间环节来实现(有别于电话网络);“端到端”有助于防止互联网朝某个单一用途发展。这种设计思想造成了互联网在结构和应用上都具有“自我繁殖”的特征，使互联网处于一种不可预知的变化之中。