一、计算机通信网

计算机通信网通常也简称为计算机网络。它是计算机的运算和处理功能同通信系统的信息传输功能相结合的产物。这两种功能的结合所产生的效果远远超过了它们各自发展所能达到的目标。今天，不管是哪个国家的、从事哪个职业的人，从小孩到老人，无不在使用着网络，无不从网络的应用中享受着它给工作和生活带来的极大的便利和收获。网络改变了人们的生活和工作方式，这是众所周知的事实。同时，网络技术的出现和发展也改变了计算机和通信这两大技术领域的发展方向。20世纪40年代诞生的计算机是人类的一个伟大发明，它能得到如此广泛的应用，有两个因素：一是个人计算机(PC)的出现；二是计算机网络的发展。因此，有人把计算机的发展时代从第4代以后称之为网络时代。不仅如此，计算机的软、硬件也发生了相应变化，硬件增加了更多的网络通信接口，在软件方面，操作系统的功能除了原有的四大(进程、存储器、文件和设备)管理功能外，还增加了对网络通信协议的支持。就通信领域而言,19世纪发明的电报和电话,20世纪发明的电视、卫星通信及移动电话系统，对人类的生活和工作起了重要作用。但是，目前由多个运营商管理的电视网、电话网和数据通信网，它们的主要功能是信息传输，功能单一，对信息的处理功能不强，面临着改造和功能融合的问题。计算机网络的发展和应用对传统的通信业是个严峻的挑战。

我们可以给计算机通信网下一个定义：计算机通信网是一个依靠通信技术互连的自主计算机的集合。这里强调的是自主计算机，即计算机自身是一台具有完整功能的计算机。顺便说一下因特网( Internet)，因特网是多个网络互联并运行TCP/IP协议的互联网。计算机之间的数据通信，将计算机运算处理功能扩展为：运算处理和计算机之间的信息交换；资源共享，使得本来是孤立分散的资源通过网络可以供多人在不同的地方共同使用。由于将计算机技术融入通信领域，给原有的通信系统带来更多的灵活性和更高的性能。数据库技术使信息的存储、检索变得方便，嵌入式计算机技术加速了传统通信系统的更新换代。

计算机之间的数据通信，将计算机运算处理功能扩展为：运算处理和计算机之间的信息交换；资源共享，使得本来是孤立分散的资源通过网络可以供多人在不同的地方共同使用。由于将计算机技术融入通信领域，给原有的通信系统带来更多的灵活性和更高的性能。数据库技术使信息的存储、检索变得方便，嵌入式计算机技术加速了传统通信系统的更新换代。

二、数据通信

计算机网络最基本的功能是信息交换，而数据是信息的表现形式，因此，数据通信是计算机通信网其他一切功能的基础。数据通信是指网络中任何两台设备通过通信线路交换数据的过程。一个数据通信系统由5个组成部分：报文、数据的发送者、数据的接收者、传输媒体和通信协议(协议是支配通信的规则)。通常把网络上的设备称做结点，网络中任意两结点之间的数据通信的方式有3种：单工、半双工和全双工。传输的数据可以是：文本、数字、音频和视频。文本数据是将文字编码(例如ASCI码)产生的二进制数据：数字是用各种数字进位制编码产生的二进制数据；音频信息是把语音信号经过取样离散化后，再将每个取样语音信号量化并编码生成的二进制数据：视频信息是先将视频信号在时间上离散化为一帧一帧的图像序列，再对每一帧图像在行和列上抽样为像素，对像素量化并编码，最终也得到二进制数据。总之，在网络中传输的都是二进制数据，只是这些数据的来源不同，它们的特性不同，对网络传输的要求也不同。

文本和数字数据的传输要求是精确无误，电子支付凭证、程序、文件、商务合同等就是这一类数据的例子。它们的传输对网络实时性要求不高。

相反，对语音和视频信息来说，它们以固定速率采样和编码以后，应该是一恒定速率的数据流。而它们在网络中传输时被分成一个一个的数据块(叫做分组或数据包)，每个数据块的传输会有延时，而且各个块的延时还会不同。当接收方把这些数据块还原成语音或视频时，收听者或观看者会感到有明显的失真。这类数据在传输中允许在一定程度上发生错误。

三、计算机通信网络与拓扑结构

通常把网络中的计算机用通信链路(ink)连接的方式称为网络的拓扑结构。目前共有种拓扑形式：网状结构、星形结构、总线结构和环形结构。

1、网状结构

如图所示，网状结构的特点是网络中任何两个结点之间均有链路连接，任何两结点间均可直接通信。这种网络的可靠性高，因为每一结点和其他结点都有通信链路相连，如果某条链路发生故障，不能通信，那么可通过其他结点进行转发来达到通信的目的。由于任何两结点之间均有专用的通信链路，即不是多个结点共享一段通信链路，因此不存在因等待链路而造成的通信延时。但是这种结构的缺点是网络连接的布线(电缆或光纤)的数量大大增加，如网络中有n个结点，则共需连接的链路数目为：n(n-1)/2。如果这些结点分布的地理空间达到几千公里，那么通信链路所需的代价很大，而且实际安装也是很困难的。这种网络结构只用在要求高度可靠，且对链路带宽要求高的场合。在一些由多个网络组成的互联网中，它的骨干网( backbone)通常采用网状结构。

2、星形结构

如图所示，星形结构中每个结点只用一根连线与集线器相连，集线器是一个有源的中继设备，它把从任意一个端口输入的数据向其他各个端口转发出去。任何两台计算机之间的通信必须通过集线器转发来实现。在这种结构中，n台计算机只需n根连接线。此外，任一台计算机或连接线的故障并不影响其他端口的通信。目前大多数局域网(LAN)都采用该结构，它的缺点是如果集线器故障，那么整个网络就瘫痪了。

3、总线结构

如图所示，图中的传输线是同轴电缆，计算机与同轴电缆间的连线也是一段同轴电缆它们之间用分接头连接(图中未画出)，任何两台计算机之间的通信都通过这根称为总线(bus)的同轴电缆进行传输，显然，这是最节省传输线的方法，可是电缆的故障会使整个网络不工作。早期的以太网( Ethernet)就采用这种结构。

4、环形结构

如图所示，每台计算机用连线与接口相连，计算机的数据发送和接收都通它的接口进行，发送时把数据送到环上，接收时从环上接收其他计算机发来的数据。数据在环上沿一个方向通过各个接口传输，到达目的地就停止传输。例如当H向E发送数据时，如果信号在环上沿着顺时针的方向传输，则H将要发送的数据通过它的接口送到环上，经过A、B、C和D的接口的转发，最后到达E的接口，传输到计算机E。这种网络在早期的局域网中应用，在目前的光纤网络中也有应用。

四、计算机通信网的分类

要对计算机网络进行分类，首先要确定根据什么准则来分类。可以用它们的拓扑结构来分类，于是就有：网状网络、星形网络、总线型网络、环形网络，以及由它们组合成的混合型网络。也可以根据传输特点分为：有线网络和无线网络，或是点到点的传输网(如公用电话网)和广播网(如电视网)。不过大多数人都采用根据网络占有的地理范围的大小进行分类由小到大分为如下一些网络。

1、家庭网

这是正在成长和新出现的网络，顾名思义就是一个家庭内的网络。随着计算机、通信电视网的融合，以及多媒体技术的发展和现代智能建筑的推广，家庭中的计算机、通信设备娱乐设备、家用电器、安全监控设备，以及水、电、气、暖的仪表等均应组成网络并接入Internet，家庭主人可以随时对家庭的设备进行控制和对家庭状况实时监控。

2、局域网( Local Area Network，LAN)

局域网的地理范围在几公里以内，它通常建在校园、办公室和科学研究室等场合，它是由使用者自己建立并管理和使用的。这种网络数量多，用得非常普遍，尤其是以太网更是广泛。它们的结构形式在早期(20世纪80年代)有总线形、环形和星形，现在几乎全部采用集
线器(hub)或用交换机连接的星形结构。

3、城域网( Metropolitan Area Network，MAN)

它通常覆盖几十公里的范围，并为该地域的用户提供高速数据服务，有线电视网就是个城域网。传统的有线电视网只是单方向地由广播电视服务机构把电视信号传送给千家万户它正面临着改遣，要能进行双向传输并提供数据传输服务。

4、广域网( Wide Area Network，WAN)

这种网络的地理覆盖范围从几百公里到几千公里，跨过一个国家或一个国家的几个省或州)，显然这类网络是由网络运营商来维护和管理的。固定电话网、移动电话网，卫星网及帧中继网、ATM网等均属于广域网。广域网在原理和网络结构上与局域网有很大不同。一个广域网由使用该广城网进行数据通信的计算机和通信子网组成。这些计算机是面向应用的，当需要在它们间进行数据交换时，就由通信子网来完成。这些计算机可以是PC也可以是工作站，以后我们称它们为主机。此外，这些主机也可以是局域网(LAN)上的主机，也就是连
接到通信子网的也可以是局域网。通信子网的任务就是提供数据通信，在广域网中两台主机间的通信是采用点到点的传输方式，在这样广大的地理范围内不可能使得任两台主机之间有专用的通信链路。许多通信链路要共享同一物理线路，采用的办法就是“交换”。就通信子
网而言，它由两部分组成：传输线路(即电缆，光纤、无线电波)：交换单元(即路由器( router)。

5、互联网( Internet)

实际应用中往往是多个网络相互连接在一起工作，可能是多个局域网互连，也可能是局域网与广域网互连或是广域网与广域网互连。广域网上除了连有主机和服务器外，还有两个局域网连接在上面。一个是星形局域网，另一个是总线型局域网。这时，若星形局域网上一台计算机要与总线型局域网上一台计算机通信，它们首先把要传出的数据交给连接到该局域网的路由器，通过广域网把数据送到目的主机局域网所速连接的路由器，然后由目的主机所在的局域网把数据交给目的主机。

 

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