計算機通信網

計算機通信網涉及通信與計算機兩個領域，計算機與通信的結合是計算機通信網產生的主要條件。一方面，通信網絡為計算機之間的數據傳送和交換提供了必要手段；另一方面，計算機技術的發展滲透到通信技術中，又提高了通信網的各種功能。當然，這兩個方面的進展離不開人類在微電子技術上的輝煌成就。

隨着人類社會的不斷進步、經濟的迅猛發展以及計算機的廣泛應用，人們對信息的要求越來越強烈，為了更有效、更可靠地傳遞、處理信息，計算機通信網應運而生。因此我們也有必要理解計算機通信網的概念及發展過程，計算機通信網的組成、主要任務，計算機通信網的分類和計算機通信網的主要涉及問題。

計算機通信網的任務歸納起來一般有以下幾點：

1.數據傳輸。既提供網絡用户間，各個處理器間以及用户與處理器間的通信，這是計算機通信的基本功能。

2.提供資源共享。包括計算機資源共享以及通信資源共享。計算機資源主要指的是計算機的硬件、軟件和數據資源。資源共享功能使得網絡用户可以克服地理位置的差異性，共享網絡中的計算機資源。以達到提高硬件，軟件的利用率以及充分利用信息資源的目的。

3.提高系統的可靠性。計算機通信網可以通過檢錯，重發以及多重鏈路等手段來提高網絡的可靠性。

4.能進行分佈式處理。分佈式計算機通信網絡可以將原本集中於一個大型計算機的許多處理功能分散到不同的計算機上進行分佈處理。一方面可以減輕價格昂貴的主處理器的負擔，使主機和鏈路的成本減低；另一方面，分佈處理也可以提高網絡的可靠性。

5.對分散對象提供實時集中控制與管理功能，在某些場合下，要求對地理上分散的系統提供幾種控制，另外計算機通信網還可以對整個網絡進行集中管理以及集中對網絡資源進行分配。

6.節省硬件、軟件設備開銷。對不同類型的設備及軟件提供兼容，可以充分發揮這些硬件、軟件的作用。

【對計算機通信網的基本要求】在進行計算機通信網的拓撲設計時，要求如下：

1.連通性。所謂連通性是網內任意兩個用户可以互通信息。有兩個因素可以會影響連通性：一是如果網絡設備容量有限，業務量超過容量時就會出現設備全部被佔而不能連通的情況；二是網絡設備出現故障無法連通的情況。前者屬於容量與業務量的矛盾，要合理解決。後者屬於可靠性，這是另一個基本要求。

2.可靠性。可靠性是指通信網的信道和設備不易出現故障，即使某些設備或信道出現故障時，有備用設備和信道可以利用或迂迴。

3.快速通信。計算機通信網大多采用分組交換。分組在交換機中要排隊等待，交換機要對分組處理，這需要時間，另外，分組在傳輸的過程中也有傳輸時延等。總之，分組在計算機通信網中的傳輸和交換時，有一定的時延，我們希望這些時延儘量小，以保證快速通信。

4.高質量。高質量是指網中所傳信息的信噪比大、誤碼率低。

5.靈活性。計算機通信網的建設投資極大，通常是根據需要逐步投資擴建的。因此計算機通信網應具有新用户進網，提供新業務、與其他網聯網和不斷擴容的靈活性。

6.經濟合理性。在計算機通信網的設計中要綜合考慮可靠性及經濟性指標，以求達到一個合理標準。

【網絡拓撲設計的基本概念】

網絡拓撲設計的概念以及必要性：網絡拓撲設計問題是指：在給定各個交換節點和終端位置的情況下，通過選擇合適的通路，併合理的分配線路的容量和流量，以保證一定的可靠性，時延及吞吐量，同時使整個網絡的成本最低。可見，在網絡拓撲設計中經常遇到的問題是可靠性、時延、吞吐量和費用。網絡拓撲設計是建設計算機通信網絡的第一步，也是實現各種網絡協議的基礎。網絡拓撲設計的好壞對整個網絡的性能和經濟性都有重大影響。如路由選擇、信息流量控制以及其他的一些設計問題都在相當程度上有賴於網絡的拓撲設計。網絡節點的位置、鏈路的連接方式以及鏈路容量直接決定了信息通過網絡的傳輸時間。網絡節點間的鏈路數量、路徑的不同等影響着網路的聯考型。

網絡拓撲設計的方法： 由於計算機通信網絡的拓撲十分複雜，要直接對整個網絡的拓撲進行設計，以得出最佳是十分困難的。目前一般採用的方法是將整個網絡劃分為若干個相對獨立的子網，然後用近似的方法，對簡化了的子網進行拓撲設計、優化求解。 ^[1] 

計算機通信網的發展主要經歷了以下幾個階段：

第一代計算機通信網是面向終端的計算機通信網。 計算機與通信的結合是在1954年。人們將遠程終端通過電話線路與計算機相連，以實現相互傳遞數據信息。由於當初計算機是成批處理信息而設計的，所以為了實現計算機與遠程終端的通信，在計算機上需增加一個接口，即線路控制器。線路控制器的主要功能是串、並變換以及簡單的差錯控制。早期的線路控制器只能和一條通信線路相連，隨着遠程終端數量的增多，為了避免一台計算機使用多個線路控制器，在20世紀60年代初期，出現了多重線路控制器，它可以和許多個遠程終端相連接。

右圖中調制解調器的作用是把計算機或終端產生的數字信號變換成可以在電話線路上傳輸的模擬信號以及完成相反的變換。圖中所示的聯機系統稱為面向終端的計算機通信網，即第一代計算機通信網。這種面向終端的計算機通信網的網絡結構是以單個主機為中心的星形網，如右圖：在這種結構中，各個終端通過通信線路共享主機硬件和軟件資源。

第二代計算機通信網是以通信子網為中心的計算機通信網。這裏所謂的通信子網就是分組交換。傳統的電路交換技術不適合計算機數據的傳輸，計算機通信網採用的交換方式大都是分組交換。分組交換：是為了適應計算機通信網的要求而發展起來的。

分組交換是一種存儲-轉發交換方式，即將到達交換機的數據先送到存儲器暫時存儲和處理，等到相應的輸出電路有空閒時再送出。分組交換方式的原理如右圖：分組交換的示意圖中交換節點ABCDE以及連接這些節點的鏈路AB AC BD BE CD DE 等組成了分組交換網，即稱為通信子網。圖中通信子網以外的H1--H5 都是一些獨立的並且可以進行通信的計算機，即主機。這些主機和終端構成了用户資源子網。用户不僅共享通信子網的資源，而且還可以共享用户資源子網的硬件和軟件資源。

分組交換以分組為單位進行交換和傳輸。由於分組平均長度固定且具有統一的格式，便於在交換機中存儲和處理。數據分組進入交換機後只在主存儲器中停留很短時間進行排隊和處理，一旦確定了新的路由，就輸出到下一個交換機或者用户終端。可見分組交換的主要任務是負責分組存儲、轉發以及選擇合適的路由，另外，分組交換機還具備差錯控制和流量控制等功能。分組交換具有線路利用率高、可靠性好、不同類型的終端可以互相通信的優點，所以計算機通信網採用分組交換。當然，分組交換也有一些缺點：一是傳輸時延較大；二是各個分組必須攜帶的控制信息使得分組的開銷較大；再就是分組交換技術實現複雜。

這種以通信子網為中心的計算機通信網稱為第二代計算機通信網，這種計算機通信網比第一代的面向終端的計算機通信網的功能擴大了許多。最早的分組交換網是美國的分組交換網ARPANET，它是1969年12月投入運行的。此後幾年裏，分組交換網在世界各地迅速發展起來，其中的原因除了分組交換的優點外，還有一個不可忽略的因素，那就是分組交換網的經濟性好。分組交換網中信息以分組為單位在交換機中存儲和處理，不要求交換機具有很大的容量，降低了網內設備的費用；對線路的動態統計時分複用大大降低了用户的通信費用；分組交換網通過網絡控制和管理中心多網內設備實行比較集中的控制和維護管理，節省了維護管理費用。

第三代計算機通信網是體系結構標準化的計算機通信網。

計算機通信網是個非常複雜的系統，計算機之間互相通信涉及許多複雜的技術問題，為了設計這樣一個複雜的系統，早在最初的ARPANET的設計時就提出了分層的方法。所謂分層就是將完成計算機通信全過程的所有功能劃分成若干個層，每一層對應一些獨立的功能。這樣，就可以將龐大的複雜的問題轉化為若干個較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較容易研究和處理。

1974年美國IBM公司公佈了它研製的系統網絡體系結構。不久，各種不同的網絡體系結構相繼出現。體系結構出現後，對同一體系結構的網絡設備互聯非常容易，但對於不同體系結構的網絡設備卻很難實現互聯，然而社會的發展要求不同體系結構的計算機都能互聯。以滿足不同體系結構的用户互相交換信息的需求。為此，國際標準化組織於1977年成立了專門機構研究該問題。在研究分析了現在的各種網絡體系結構後，不久，該機構就提出了著名的開放系統互連參考模型，只是一個能使各種計算機在世界範圍內互連成網的標準框架。從此，計算機通信網走上了標準化的軌道。我們把體系結構標準化的計算機通信網稱為第三代計算機通信網。

隨着全球範圍內計算機通信需求的日益增長，20世紀80年代末期美國開始發展Internet，而進入20世紀90年代計算機網絡已經稱為Internet時代。

Internet的概念：Internet是全球最大的，開放的，由眾多網絡互連而成的計算機互聯網，或者説是網絡的網絡。互聯網意味着全世界採用統一的網絡互連協議，即採用TCP/IP協議的計算機都能互相通信，所以説，Internet是基於TCP/IP協議的網間網。

Internet的發展：Internet的發展大致經歷了3個階段。

1.Internet發展的第一階段是從單個的分組交換網ARPANET 向互聯網發展的過程。1969年美國國防部創建了ARPANET網，它是一個單個的分組交換網，但隨後其規模一直增長很快，而且人們逐漸認識到了網絡互連的重要性，並開始研究網絡互聯技術。1983年TCP/IP協議稱為ARPANET的標準協議，在ARPANET的基礎上，採用網絡互聯技術和TCP/IP協議，1983--1984年便形成了Internet。

計算機通信網 3級結構的Internet

2.Internet發展的第二階段是由美國國家科學基金會在1986年建成了3級結構的Internet，稱為國家科學基金網。整個網絡分為主幹網、地區網和校園網。如左圖所示。

計算機通信網

3.Internet發展的第三階段從1993年開始，若干個商用的因特網主幹網逐漸代替了美國政府資助的NSFNET，這種主幹網是由因特網服務提供者經營的，所以也叫服務提供者網絡。如左圖： 顯示了Internet一般可以分為一下5個接入級。網絡接入點（NAP)，國家主幹網（主幹ISP），地區ISP，本地ISP，校園網、企業網或者PC機上網用户。

計算機通信網由一系列計算機的終端、具有信息處理與交換功能的節點以及節點間的傳輸線路組成。從邏輯功能上可以將計算機通信網分為兩大部分，即用户資源子網和通信子網。

【用户資源子網】用户資源子網由主機、終端及終端控制器等組成，負責全網的數據處理業務，向網絡用户提供各種網絡資源與網絡服務。主機：主機可以是大型機、中型機、小型機、工作站或微機。主機是用户資源子網的主要組成單元，它通過一條高速通信線路與通信子網的某一節點相連。主機主要負責數據處理，為各個終端用户訪問網絡其他主機設備、共享資源提供服務。普通用户終端可以通過主機入網。

終端和終端控制器：終端可以是簡單的輸入、輸出終端，也可以是帶有微處理機的智能終端。智能終端除具有輸入、輸出信息的功能外，本身還具有存儲與處理信息的能力。終端可以通過主機連入網內，也可以通過終端控制器等連入網內。終端控制器為一組終端提供控制，從而減少了對這些終端的功能要求，因此也就減少了終端的成本。終端控制器提供的功能包括對有關鏈路的控制以及各級終端提供網絡協議接口。

【通信子網】通信子網是由網絡節點（即交換機）及連接它們的傳輸鏈路組成，負責主機或終端之間的數據信息傳輸與交換。網絡節點：計算機通信網的網絡節點一般由小型機或微型機配置通信控制硬件和軟件組成。網絡節點具有雙重作用，它一方面作為與用户資源子網的主機、終端的接口節點，將主機的終端連入網內，提供諸如信息的接收和發送以及信息傳輸狀態的監視等功能；另一方面它又作為通信子網中的分組儲存-轉發節點，完成分組的接收、檢驗、儲存和轉發功能，實現源主機的信息準確的發送到目的主機的作用。

傳輸鏈路：傳輸鏈路是指用於傳輸數據的通信信道，這些鏈路的容量可以從幾十比特每秒到幾百兆比特每秒，甚至更高。傳輸鏈路可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、微波以及衞星通信信道等。為了提供更寬的寬帶或為了提高網絡的可靠性，有時可在一對相鄰節點間使用多條鏈路。

作者：王曉軍　主編

ISBN：10位[7040131714]13位[9787040131710]

出版社：高等教育出版社出版日期：2005-4-1

定價：￥18.20元

本教材是根據計算機專業和通信專業的教學要求編寫而成的。編者根據多年計算機網絡教學的實踐經驗，注意理論與實踐相結合，既強調協議的重要性，同時突出計算機網絡技術的實用性。注重從基本概念、基本原理和基本技能等方面培養學生。

全書共分7章，在介紹計算機通信網絡和數據通信的基本概念的基礎上，分析了計算機通信網絡的體系結構與協議標準；從實用的角度出發，着重説明了常用的計算機通信網絡協議，其中包括局域網、廣域網和Internet；對網絡互聯技術、網絡互聯設備和方式以及網絡安全問題進行了詳細的討論。

為幫助學生對教學內容的學習與理解，本書每章開始給出學習指導及學習要求，最後有小結並附有習題。

本教材文字簡明，內容循序漸進，通俗易懂，適於作高職高專相關專業計算機網絡課程的教材，也可作為其他專科學生的教材；並可用做計算機網絡培訓或自學者的參考書。

第一章計算機通信網概述

1.1計算機通信網的定義

1.2計算機通信網的產生與發展

1.2.1第一代計算機通信網——聯機系統

1.2.2第二代計算機通信網——多機系統

1.2.3第三代計算機通信網——標準化的計算機網絡

1.2.4互聯網——多網絡系統

1.3計算機通信網的功能

1.4計算機通信網的組成

1.4.1網絡硬件

1.4.2網絡軟件

1.5計算機通信網的分類

1.5.1按網絡覆蓋的地理範圍分類

1.5.2按網絡運營方式分類

1.5.3按網絡拓撲結構分類

1.5.4按網絡控制方式分類

小結

習題

第二章數據通信基礎

2.1概述

2.1.1數據與數據通信

2.1.2數據通信系統的構成

2.1.3數據通信系統的主要性能指標

2.1.4數據傳輸方式

2.2數據信號傳輸的基本概念

2.2.1數據信號及其特性描述

2.2.2傳輸信道及數據信號傳輸的基本方法

2.2.3基帶傳輸及數據傳輸的基本理論

2.2.4頻帶傳輸及3種基本調製方式

2.2.5數據信號的數字傳輸

2.3差措控制技術

2.3.1差錯控制的基本概念及差錯控制方式

2.3.2簡單的差錯控制編碼

2.4數據交換

2.4.1概述

2.4.2電路交換方式

2.4.3報文交換方式

2.4.4分組交換方式

小結

習題

第三章計算機網絡協議的體系結構

3.1網絡體系結構概述

3.1.1網絡中計算機系統通信的基本要求

3.1.2網絡體系結構的概念

3.1.3開放系統互連參考模型的制定

3.2OSI-RM的基本概念

3.2.1服務與協議

3.2.2數據單元

3.2.3服務原語

3.2.4服務類型

3.3OSI各層協議概述

3.3.1物理層

3.3.2數據鏈路層

3.3.3網絡層

3.3.4運輸層

3.3.5會話層

3.3.6表示層

3.3.7應用層

小結

習題

第四章局域網

第五章廣域網

第六章網絡互聯技術

第七章Internet

參考文獻