數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)通信原理是什么

1、數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)通信原理是什么?數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)通信原理是什么?數(shù)據(jù)通信討論的是從一個設(shè)備到另一個設(shè)備傳輸信息。協(xié)議定義了通信的規(guī)則，以便發(fā)送者和接收者能夠協(xié)調(diào)他們的活動。在物理層上，信息被轉(zhuǎn)換成可以通過有線媒體(銅線或光纜)或無線媒體(無線電或紅外線傳輸)傳輸?shù)男盘?。高層協(xié)議則定義了傳輸信息的封裝、流控制和在傳輸中被丟失或破壞信息的恢復技術(shù)。通信協(xié)議可以將通信協(xié)議比喻成外交大使館中使用的外交協(xié)議。各種級別的外交官們負責處理不同類型的協(xié)議。他們與其他大使館同等級別的外交官進行聯(lián)系。同樣，通信協(xié)議也有一個分層的體系結(jié)構(gòu)。當兩個系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)時，每層中協(xié)議互相通信以處理通信的各個方面。圖D-2是一個簡表

2、。圖D-2 分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意簡表很久以前，ISO(國際標準化組織)于1979年開發(fā)了OSI (開放系統(tǒng)互連)模型。該模型采用分層結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為七個層次，由下向上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。模型中規(guī)定了各層的功能及其與相臨層的接口。按照"開放系統(tǒng)OSI互連參考模型"設(shè)計和組建的網(wǎng)絡(luò)是彼此開放和可以互連的，從而可以保證世界各地的網(wǎng)絡(luò)連為一體。盡管OSI模型從未成為流行的標準，但是它仍用于描述協(xié)議分層。物理層傳輸媒體和信號通信系統(tǒng)由傳輸媒體和它所連接的設(shè)備組成。媒體可以是有向的或無向的。其中有向媒體是指金屬電纜或光纜，而無向媒體是指無線

3、傳輸。涉及數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備可以是發(fā)送器、接收器減兼有這兩種功能的設(shè)備。如果一個系統(tǒng)只進行傳輸而另一個系統(tǒng)只進行接收，則該鏈路稱為單工。如果兩個設(shè)備都可以發(fā)送和接收，但是，一時間只能有一個設(shè)備進行，則這種鏈路稱為半雙工。全雙工鏈路則允許兩個系統(tǒng)同時進行發(fā)送和接收。網(wǎng)絡(luò)通信可以采取一對一傳輸、一對多或多對多傳輸?shù)男问?。連接兩個設(shè)備的通信系統(tǒng)稱為點對點系統(tǒng)。而共享系統(tǒng)則連接可以在同一媒體上進行傳輸?shù)牡暮芏嘣O(shè)備(但一時間只有一個設(shè)備能進行傳輸)。圖D-3對兩種系統(tǒng)都進行了闡釋。圖D-3 共享信息系統(tǒng)和點對點信息系統(tǒng)與點對點系統(tǒng)相比，端對端鏈路指跨越多個鏈路的兩個系統(tǒng)之間的鏈路。圖D-3中的系統(tǒng)A和系統(tǒng)Z

4、之間的鏈路就是端對端鏈路。多路復用指通過單個鏈路發(fā)送多個傳輸?shù)募夹g(shù)。通過多路復用技術(shù)，多個終端能共享一條高速信道，從而達到節(jié)省信道資源的目的。在TDM(時分復用)系統(tǒng)中，每個信道由時隙流中的周期時隙定義。在FDM(頻分復用)系統(tǒng)中，每一個信道占用一個特定的頻率。在數(shù)據(jù)分組交換和信元交換系統(tǒng)中，各個數(shù)據(jù)分組或信元在網(wǎng)絡(luò)中穿行，與汽車在高速公路上行駛類似。模擬和數(shù)字信號設(shè)備使用適配器(產(chǎn)生用于通過某些媒體傳輸數(shù)據(jù)的信號)被連接到傳輸媒體中。模擬通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖欠岛皖l率隨時間連續(xù)變化的模擬信號。這些正弦波信號頻率的度量單位是每秒的周期數(shù)，或Hz(赫茲)。而數(shù)字通信系統(tǒng)則使用離散的高和低的電壓值來表

5、示數(shù)據(jù)信號。帶寬表示通信信道的信息傳送能力。信道可以是模擬或數(shù)字的。對于數(shù)字系統(tǒng)，容量這個術(shù)語指它的信息傳送能力，通常以信道的數(shù)據(jù)傳輸速率或線速表示。吞吐量是與系統(tǒng)規(guī)定性能相對立的系統(tǒng)“實測”性能。吞吐量考慮了由阻塞、硬件低效和傳輸距離而導致的延遲。隨著Internet的日益普及，網(wǎng)絡(luò)用戶訪問Internet的需求在不斷增加，一些企業(yè)也需要對外提供諸如WWW頁面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務(wù)，這些因素會導致網(wǎng)絡(luò)流量的急劇增加，而流量管理作為內(nèi)外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通道，如果吞吐量太小，就會成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，給整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率帶來負面影響。調(diào)制解調(diào)器(調(diào)制器/解調(diào)器)是一種可用于通過模擬傳輸線

6、路傳輸數(shù)字信號的設(shè)備。在傳輸?shù)膬啥硕夹枰{(diào)制解調(diào)器，以對信號進行調(diào)制，然后再解調(diào)。如圖D-4所示，發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后接收端調(diào)制解調(diào)器又將模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號。圖D-4 數(shù)字-模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換在通過模擬系統(tǒng)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)時，頻率越高，數(shù)據(jù)速率越高。圖D-5闡釋了這種現(xiàn)象的原因。在圖A中，頻率較低，因此在模擬傳輸中移動離散數(shù)字信號就比較困難。注意，此時離散信號沒有很好地表示出來，這將會導致在接收端的失真。在圖B中，帶寬要高很多因此能更好地表示離散數(shù)字信號，并且沒有失真。圖D-5 表示模擬傳輸?shù)碾x散數(shù)字信號同步傳輸和異步傳輸并不是所有的傳輸都是穩(wěn)定的字符流。由很多開始

7、和停止組成的傳輸是異步傳輸。異步傳輸將比特分成小組進行傳送，小組可以是8位的1個字符或更長。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會在什么時候到達。假設(shè)回到20世紀60年代，用戶坐在連接到大型計算機的啞終端前。當鍵入時，每個字符通過異步鏈路傳輸?shù)接嬎銠C中。如果您暫停輸入，則計算機就暫停傳輸。這是因為系統(tǒng)是以異步方式操作的，接收器不能指望穩(wěn)定的比特流。它將在任意時間等待進一步的傳輸并在傳輸停止時不能以為鏈路己經(jīng)被中斷。與之相反，同步傳輸是以一個長的比特串為特征，其中比特串中的每個字符都用定時信號分隔。同步傳輸時，為使接收方能判定數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束,還須在每個數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)束

8、處各加一個幀頭和一個幀尾,加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀(Fram)。幀頭和幀尾的特性取決于數(shù)據(jù)塊是面向字符的還是面向位的。這兩種傳輸類型都普遍用于通過電話線路或其他信道連接的計算機系統(tǒng)。選擇這兩種類型的哪一種取決于裝置的不同。實際上，為用戶提供異步操作的調(diào)制解調(diào)器可以轉(zhuǎn)換為擴展傳輸?shù)耐侥Ｊ健Ｍ絺鬏敿夹g(shù)設(shè)計用于連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，而異步傳輸技術(shù)更適用于個人用戶會話。串行接口串行接口，簡稱串口，也就是COM接口，是采用串行通信協(xié)議的擴展接口。串口的出現(xiàn)是在1980年前后，數(shù)據(jù)傳輸率是115kbps230kbps，串口一般用來連接鼠標和外置Modem以及老式攝像頭和寫字板等設(shè)備，目前部分新主板已開始

9、取消該接口。需要標準接口將通信設(shè)備(如調(diào)制解調(diào)器)連接到計算機上。最常見的用于調(diào)制解調(diào)器的接口是最初稱為RS-232的EIA-232標準。在這種標準中，計算機或其他類似的設(shè)備稱為DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)，而類似于調(diào)制解調(diào)器的設(shè)備稱為DCE(數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備)。接口連接器具有與其相對應(yīng)的連接器相連的多條導線。每個引腳代表一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺阑虬l(fā)送的特定控制信號。例如，有一個請求要發(fā)送到線路上，DTE用它給出想進行發(fā)送的信號。DCE向線路發(fā)送清除信號以表示它已經(jīng)準備好接收。傳輸媒體有很多傳輸媒體，包括銅線電纜、光纜和無線系統(tǒng)。媒體受衰減(信號遠距離傳輸損耗)、失真、背景噪聲和其他因素的影響。通信系統(tǒng)的

10、設(shè)計者在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)和其他系統(tǒng)時要考慮所有這些因素。因此，網(wǎng)絡(luò)必須在它們的規(guī)范內(nèi)建立以避免這些問題。在不可能使用導線線路的情況下，計算機數(shù)據(jù)可以通過RP(無線電頻率)或光線(通常是紅外線)進行傳輸。這些傳輸發(fā)生在一個單獨的房間或跨越城鎮(zhèn)的發(fā)送器和接收器之間。在需要設(shè)置跨越道路、河流和物理空間(通常是指不能敷設(shè)電纜的地方)的鏈路時，無線網(wǎng)絡(luò)為校園和商業(yè)園區(qū)環(huán)境提供了惟一的解決方案。地面微波系統(tǒng)可在建筑物和塔頂端看到。光網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供了其他解決方案。數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層是恰好位于OSI協(xié)議棧中緊靠硬件(物理)層的上層。該層中的協(xié)議管理連接的

11、系統(tǒng)之間的位流。來自上層的數(shù)據(jù)分組被封裝為幀并通過數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送出去。其中還使用了流控制和糾錯技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈路層處理點對點或點對多點鏈路。在OSI協(xié)議棧中，較高的網(wǎng)絡(luò)層負責處理通過多個路由器連接數(shù)據(jù)鏈路的連接。成幀成幀技術(shù)是一種用來在一個比特流內(nèi)分配或標記信道的技術(shù)，為電信提供選擇基本的時隙結(jié)構(gòu)和管理方式、錯誤隔離合分段傳輸協(xié)議的手段。成幀對于經(jīng)過物理媒體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特提供了控制方法。它提供了錯誤控制并可以根據(jù)服務(wù)的類型提供數(shù)據(jù)重傳服務(wù)。比特塊與幀頭封裝成幀且附加了檢查和，以便可以檢查出被破壞的幀。如果一個幀被破壞或丟失，則只需重新發(fā)送這個幀而無需重發(fā)整個數(shù)據(jù)組。幀具有特定的結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用的數(shù)據(jù)鏈

12、路的不同而不同。稱為HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)的流行數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)如圖D-6所示。請注意“信息”字段是放入數(shù)據(jù)的位置，它的長度可變?！靶畔ⅰ弊侄慰梢苑湃胍粋€整個的信息包?！捌鹗紭擞洝弊侄未韼钠鹗?，“地址”字段裝有目地地址，“控制”字段描述信息字段裝有的是數(shù)據(jù)、命令，還是響應(yīng)，F(xiàn)CS字段包含檢錯編碼。圖D-6 HDLC幀格式差錯檢測和控制差錯控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯”，另一類稱為“前向糾錯”。在這 兩類基礎(chǔ)上又派生出一種稱為“混合糾錯”。 對于不同類型的信道，應(yīng)采用不同的差錯控制技術(shù)，否則就將事倍功半。反饋糾錯可用于雙向數(shù)據(jù)通信，前向糾錯則用于單向數(shù)字信號的傳輸，例

13、如廣播數(shù)字電視系統(tǒng)，因為這種系統(tǒng)沒有反饋通道。數(shù)據(jù)鏈路層還負責差錯檢測和控制。一種差錯控制的方法是檢測差錯，然后請求重傳。另一種方法是接收器檢測出一個差錯，然后重建幀。后一種方法需要隨幀發(fā)送足夠的附加信息，以便在檢測出差錯后接收器可以重建幀。當不可能重傳(如將信息傳輸?shù)胶教焯綔y器)時使用該方法。在數(shù)據(jù)鏈路層中執(zhí)行差錯恢復任務(wù)通常是效率很低的。這樣很多網(wǎng)絡(luò)實施依靠上層協(xié)議完成該任務(wù)。在大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)鏈路層用于盡可能快速并有效地傳遞數(shù)據(jù)，而不執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)恢復任務(wù)。上層協(xié)議則提供了恢復服務(wù)。流控制流量控制是在計算機之間和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間控制數(shù)據(jù)流量以達到數(shù)據(jù)同步的目的的。在設(shè)備能夠處理前過多的數(shù)據(jù)

14、到達會引起數(shù)據(jù)的拋棄或數(shù)據(jù)重發(fā)。對于串行數(shù)據(jù)傳輸，采用Xon/Xoff協(xié)議進行控制。在網(wǎng)絡(luò)中，流量控制也參與加入新設(shè)備，當流量大時，不能加入新設(shè)備?？梢詫?shù)據(jù)傳輸想象為流經(jīng)管道并在接收端注滿水桶的水流。接收者從水桶取水，但需要一些方法減少水流以使水桶不會溢出。在這個比喻中，水桶代表接收器使用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)保存輸入的必須被處理的數(shù)據(jù)。一些NIC(網(wǎng)絡(luò)接口卡)上的緩沖區(qū)大得足可以裝下整個輸入的傳輸。如果緩沖區(qū)溢出，則幀通常被丟掉，因此接收器使用一些方法告訴發(fā)送器降低發(fā)送幀的速度或停止發(fā)送將會很有用。共享LAN的網(wǎng)絡(luò)接入和邏輯鏈路控制接入方法對于由多個設(shè)備共享的網(wǎng)絡(luò)是必需的。因為一時間只有一

15、個設(shè)備可以在網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸，所以需要一種媒體接入控制方法來提供仲裁。在由IEEE定義的局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，媒體接入?yún)f(xié)議位于稱為MAC(媒體接入控制)子層的數(shù)據(jù)鏈路層的子層。MAC子層位于LLC子層的下方，LLC子層對于任意在其下方安裝的MAC驅(qū)動程序都提供了數(shù)據(jù)鏈路。在圖D-7中可以看到該層的子分區(qū)圖D-7數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層:MAC (媒體訪問控制)和LLC(邏輯鏈路控制)MAC子層支持各種不同的網(wǎng)絡(luò)類型，其中每種類型都有一種仲裁網(wǎng)絡(luò)接入的特定方法。三種可能的接入方法如下：載波監(jiān)聽方法 載波監(jiān)聽技術(shù)即發(fā)送站點在發(fā)送幀之前，先要監(jiān)聽信道上是否有其他站點發(fā)送的載波信號，若無其他載波，可以發(fā)送信號；

16、否則，推遲發(fā)送幀。使用該技術(shù)，設(shè)備監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)傳輸，并等待直到線路空閑出來以傳輸它們自己的數(shù)據(jù)。如果兩個站試圖同時進行傳輸，則兩個站都退出并等待一段長短不定的時間，然后重發(fā)。令牌訪問 令牌是在令牌環(huán)、令牌總線和光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)網(wǎng)絡(luò)中控制網(wǎng)絡(luò)訪問的特殊分組。令牌環(huán)構(gòu)成了邏輯環(huán)，其中每個傳輸沿環(huán)從一個站到另一個站行進。只有擁有特殊令牌的站才可以進行傳輸。預留方法 在該方案中，每個傳輸設(shè)備都有一個分配給它的特定的時隙或頻率。TDM(時分復用)就是一個實例。設(shè)備可以有選擇地將數(shù)據(jù)放入時隙中進行傳輸。如果設(shè)備不傳輸任何數(shù)據(jù)，則該技術(shù)可能會浪費帶寬。橋接“橋接”，是指依據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)模型的鏈路層的

17、地址，對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)的過程。當路由器配置了橋接選項后，會處理所有接口上的所有的數(shù)據(jù)幀，并實時調(diào)查每個主機的位置。若在某個接口上收入一個幀，就會在一個橋接內(nèi)置入一個條目，列出發(fā)送數(shù)據(jù)的主機和接收到數(shù)據(jù)幀的接口MAC地址，這樣路由表就被不斷地在通信中完善起來。透明橋接使路由器對主機來講是透明的，其作用就相當于一個局域網(wǎng)交換機。若是同一個LAN內(nèi)的兩個主機通信，數(shù)據(jù)幀就不會被發(fā)送到其它的接口，因為在橋接表里，數(shù)據(jù)幀都來自相同的接口；若是收到一個幀，而其中的MAC地址不在自己的橋接表里，就會將這個幀擴散到所有的接口，橋接還會擴散所有的廣播包，占用網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬，造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞。Cisco IOS

18、支持多種類型的橋接，比如：透明橋接、封裝橋接、源路由橋接、源路由透明橋接、源路由轉(zhuǎn)換橋接。網(wǎng)橋是一種將兩個或更多的網(wǎng)段連接為一個單獨LAN的設(shè)備。新連接的LAN上的所有設(shè)備可以互相通信，但是網(wǎng)橋提供了過濾功能，可以阻止不必要的通信從一個網(wǎng)段傳播到其他網(wǎng)段。網(wǎng)橋通常用于將一個大型的LAN分隔成兩個單獨的網(wǎng)段。如果LAN是以太網(wǎng)，則網(wǎng)橋創(chuàng)建一個廣播域和兩個沖突域。在以太網(wǎng)中，沖突域具有較少的計算機比較好，這樣有利于用網(wǎng)橋劃分網(wǎng)絡(luò)。請注意，交換機基本上是多端口網(wǎng)橋。交換正如上面提到的，網(wǎng)橋可以用于將一個LAN分成兩個網(wǎng)段，這兩個網(wǎng)段又有效地產(chǎn)生兩個較小的沖突域。交換機是基于這個理論擴展的設(shè)備。網(wǎng)橋通

19、常有兩個端口連接兩個LAN網(wǎng)段，而交換機有一組端口，可以連接更多的網(wǎng)段。圖D-8闡釋了交換機如何提供用于多個集線器的橋接功能。每個集線器都有一個沖突域，但是圖中所示的整個網(wǎng)絡(luò)是一個單獨的廣播域。每個交換機端口基本上是一個可以通過交換機中的內(nèi)部電路隨時“橋接”到其他任何端口的單獨LAN網(wǎng)段。圖D-8 一個交換網(wǎng)絡(luò)橋接的所有優(yōu)點如前面部分所述。大多數(shù)交換設(shè)備提供了配置VLAN(虛擬LAN)的方法。在用交換機建立網(wǎng)絡(luò)時，有一種建立大型平坦網(wǎng)絡(luò)而不是多個不同的 LAN(即所有的節(jié)點是同一廣播網(wǎng)絡(luò)的一部分)的傾向。VLAN技術(shù)可以用于在平坦交換環(huán)境中創(chuàng)建虛擬LAN。例如，如果用具有VLAN功能的交換機替

20、代圖D-8中的集線器，則工作站A和D可以配置到一個VLAN中;而工作站B、E和H可以配置到另一個VLAN中。來自A的廣播可以被D接聽到，而來自B的廣播可以被E和H接聽到。然后需要一個路由器以發(fā)送VLAN之間的數(shù)據(jù)分組。路由選擇、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)層盡管網(wǎng)橋?qū)蓚€分離的LAN網(wǎng)段連接為一個單獨的廣播域(或?qū)⒁粋€大的LAN拆分成兩個或更多的不同沖突域)，路由器還是提供了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的功能。在網(wǎng)橋級上，信息以幀(幀在數(shù)據(jù)鏈路層中定義)的形式發(fā)送到其他系統(tǒng)中。在路由器級上，信息必須被封裝在包含目的網(wǎng)絡(luò)地址的數(shù)據(jù)分組內(nèi)，然后通過路由器邊界轉(zhuǎn)發(fā)。路由器將網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)中。有時，通過在地址下方寫下具體地址和單詞“

21、市”可以將信件郵寄到同一城市中的某個人那里。但是如果信件有一個“城市間”地址，則將需要在信封上寫下城市名和ZLP編碼(郵政區(qū)號)。同樣，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由很多互相連接的網(wǎng)絡(luò)組成。因特網(wǎng)是最大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。若要在不同的網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)送數(shù)據(jù)分組，則需要分層的命名方案，其中，以用于路由目的的名稱或數(shù)字識別每一個網(wǎng)絡(luò)。ZLP編碼方案在郵政系統(tǒng)中就起這樣的作用。IP(網(wǎng)際協(xié)議)則是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的尋址和路由選擇協(xié)議。在圖D-9中，LAN被連接到路由器上并且路由器組成了相互連接的路徑網(wǎng)，數(shù)據(jù)分組可以通過路徑網(wǎng)行進到它們的目的地。注意可以從任意其他點到達網(wǎng)絡(luò)中的任意路由器和所連接的LAN。 圖D-9路由器用來創(chuàng)建多連接點和多路徑的網(wǎng)絡(luò)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)傳輸層服務(wù)傳輸層提供了面向連接服務(wù)。這意味著兩個系統(tǒng)可以建立一個會話，通過會話它們進行有關(guān)數(shù)據(jù)交換狀態(tài)的“對話”。雖然建立連接花費一些時間并增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍╅_銷，但是它向發(fā)送器提供了保證接收器接收到全部已發(fā)送數(shù)據(jù)的服務(wù)。發(fā)送器發(fā)送一組數(shù)據(jù)分組，然后接收器確認它已經(jīng)接收了該數(shù)據(jù)分組。如果接收器未對接收作出