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[组图]第三章第二讲 网络通信的工作原理课本图文       ★★★ 【字体:
第三章第二讲 网络通信的工作原理课本图文
作者:w    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2011-5-31    

3.2  网络通信的工作原理

3.2.1  数据的传输过程

世界上有无数个大大小小的网络。网络内部、网络之间每时每刻都在进
行着数据的传输。那么这些数据是如何传输的呢?例如,它们怎么知道自己该去往何处?它们怎么知道自己该如何前往目的地?数据传输的过程虽然看不见、摸不着,但却是网络一切应用的基础。通过本节的学习,你将:
■ 理解网络中数据传输的过程
■ 了解OSI模型的基本知识
■ 了解TCP/IP协议的基本知识
■ 了解三种数据交换技术
网络的三大主要功能能够得以实现,其最基本的保证在于网络中计算机
之间的数据能够得以传输。为了更好地理解网络中的数据传输,我们先来看看邮政系统中信件是如何传送的,因为计算机网络中的信息传输与邮政系统中的信件传送有许多相似之处,见图3-3

 

在信件传递的过程中,主要涉及三个子系统,即用户子系统、邮局子系
统和运输子系统。
 人们写信时,都有个约定,这就是信件的格式和内容。如所用语言必须
是双方都懂的,格式方面要把对方称谓、写信人落款写在固定位置。这样,对方收到信后,才能知道是谁给自己写的信,看懂信的内容。
信写好后,必须用信封装好并交由邮局寄发,这样寄信人与邮局之间也
要有约定,如规定信封写法并贴足邮票。如果这是一封国际信函,那么还存在着国内外信封写法的差异:国际信函将寄信人姓名地址写在上方,而收信人地址写在中间偏下方。那么在收发国际信函中,邮局必须遵守国际约定,否则寄信人被当做收信人,邮件又被送回去了。
邮局收到信后,交付给运输部门进行运输。这时,邮局和运输部门之间
也有约定,如到站时间、地点和包裹形式等。信件运送到目的地后进行相反的过程,最终将信件送到收信人手中。
如果没有将这个邮件传递过程分成三个子系统来完成,而是由一个子系
统如用户子系统独立完成,那么可以想像用户将是多么麻烦。如果各子系统内部之间没有进行很好的约定,也很难想像信件会被准确地送到收信人手中。网络中的信息传输也是如此。
OSI模型正如刚才讲到的,用户与用户间,邮局与邮局间都有约定,从而保证了邮件的准确传递。在计算机网络通信中,势必也需要有一种规范,将整个过程分为多个步骤,就像我们日常生活中的合同或大家必须共同遵守的规章制度一样。为了有效地传递网络中的信息,计算机网络采用层次性的结构模型,将网络分成若干层次,每个层次负责不同的功能。每一个功能层中,通信双方都要共同遵守相应的约定,我们把这种约定称为协议。网络协议就像网络通信中的共同语言,保证着通信的顺利进行,例如我们在第二章中设置过TCP/IP协议,就是一种常用的网络协议。多种协议组合在一起成为协议体系,它们负责保证传输的通畅。各功能层之间,上一层对下一层提出服务要求,下一层完成上一层提出的要求(就如邮政系统分层模型中,邮政子系统完成用户子系统提出的要求,同时对运输子系统提出要求)。基于这样的思想,网络世界中产生了一种通用的概念模型——OSI模型(Open SystemsInterconnection),即开放系统互联参考模型。
其实在OSI模型诞生之前,实践当中已经产生了一些实用的协议体系,
但这些协议体系大多只能适用于特定类型的网络,兼容性不太好。因此,在20 世纪80 年代,国际标准化组织(ISO,International Organization forStandardization)开始致力于制定一套普遍适用的规范集合,以使全球范围内的计算机平台可以进行开放式通信。这个集合即OSI模型,OSI参考模型将网络结构划分成七层,见表3-5。

 

数据在OSI模型的不同功能层之间穿过时,并非是不变的。数据在发送
方的各功能层穿过时,被分成更小的数据包,并加上一些地址信息、控制信息、错误校验信息等包头信息,经由不同的路径传递到接收方。在那里,接收系统再进行反向过程,将去除和使用添加的信息。从图3-4中可知,信息从系统A开始发出就一路向下不断分解到比特(Bit)级再传输过去,数据重新自下而上不断组合最终还原为初始信息。

 

由于OSI模型为网络中复杂的硬件和协议组件的关系提供了一个简单的
解释,因此以OSI为出发点、分层实现功能的根本思路得到了普遍认可。
TCP/IP协议体系
OSI模型只是一种理想的概念模型,在网络技术的发展实践中,真正发
挥作用的是许多实用的协议体系,如TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI、AppleTalk协议等。
在因特网没有形成之前,各个地方已经建立了很多小型的网络,称为局
域网。因特网(Internet)的中文意义是“网际网”,它实际上就是将全球各地的局域网连接起来而形成的一个“网络之间的网络”。然而,连接之前的各式各样的局域网却存在不同的网络结构和数据传输规则,将这些小网连接起来后,各网之间要通过什么样的规则来传输数据呢?这就像世界上有很多个国家,各个国家有各自的语言,不同国家的两个人要怎样才能互相沟通呢?
如果全世界的人都能够说同一种语言(即世界语),这个问题不就解决了吗?
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol传输控制协议/互联网络协议)正是因特网上的“世界语”,该协议因其低成本以及在多个不同平台间通信的可靠性,而成为目前因特网中使用最频繁的协议。
TCP/IP协议的开发工作始于20世纪70年代,主要是由底层的IP协议
和TCP协议组成的。
TCP/IP协议产生于因特网的研究与实践中,而OSI模型是作为标准制
定的,两者的体系并非完全一致。TCP/IP协议体系大致可分成四层,它包含了TCP、IP、UDP、ARP等众多协议,见图3-5。

 

在TCP/IP协议集中,TCP协议和IP协议是最重要的核心协议。IP协议
的工作是把数据包从一个地方传递到另一个地方,TCP协议的工作是对数据包进行管理与校核,保证数据包的正确性,这样做的效果是使TCP/IP成为效率最高的体系结构。


3.2.2  数据交换技术


在计算机网络中,数据的发送方与接收方通常不是直接连接在一起的,
而是需要经过若干个中间节点的转接,如要通过若干个路由器、交换机等设备,这就要用到数据交换技术。数据交换技术主要有三种类型:电路交换、报文交换和分组交换。


电路交换技术
讲到电路交换技术,我们可以回想在影视片中看到的老式电话,当甲方
需要与乙方通话时,要先由接线员将甲方与乙方的线路连起来,双方之间建立了一条实际的物理线路。通话结束后,物理线路被断开。
电路交换技术即为一对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用
物理通道,即提供一套专用的传输通道,见图3-6。

 
报文交换技术
报文交换技术不需要事先建立物理线路,它将发送的数据作为一个整体
发给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来,然后选择一条合适的空闲线路将数据转发给下一个交换设备,如此循环直至数据发送到目的节点。电报系统使用的是报文交换技术,见图 3-7

 
分组交换技术
分组交换技术是报文交换技术的改进。它将数据分成一个个分组,中间
交换设备在接收第二个分组之前,就可以转发已经接收到的第一个分组,这样就减少了传输延迟,提高了网络的吞吐量。
分组交换技术除了吞吐量较高外,还提供一定程度的差错检测和代码转
换,因此计算机网络常常使用分组交换技术,IP电话使用的也是分组交换技术,见图3-8。

 

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