一个有效、可靠的数据通信网络必须满足哪些标准？

1.0 介绍

在过去的几十年里，通信领域以非常快的速度发展。最初只流行语音通信，但是微处理器、微型计算机和外围设备的出现彻底改变了整个场景。今天，大量的信息，大部分以数字形式，在几分之一秒内被传送到全球各地，几乎没有任何错误。海量的数据以及更快、可靠和安全的通信是当前的需要。

来自源头的原始信息可以是模拟形式或数字形式。如果是模拟信号，则先将其数字化，然后再发送。数据通信系统包括传输、接收和处理后的原始数据的提取。

网络是一组通过通信链路相互连接的设备(通常称为节点或站点)。节点的可以是计算机、打印机或任何能够向与网络相连的其他节点发送/接收数据的设备。一个数据通信网基本上对其容量没有任何限制。数据通信网络将工作站与计算机主机、自动柜员机连接到银行系统、航空公司和酒店预订、电子邮件传输、信息高速公路、媒体和新闻中心等。

上图显示了计算机通信网络的结构。黑点是通过高速线路连接的交换机。也有连接到不同类型终端的计算机，有些没有与它们相关的任何连接。

有三种类型的终端:本地、远程和孤终端 。本地计算机在中等带宽下进行数据传输，而高速交换计算机需要更高的带宽，因为它们操作非常快。

2.0 特征

一个有效、可靠的数据通信网络必须满足下列标准或属性：

• 快速性: 要求主机的数据传输尽可能快。吞吐量是衡量速度的指标。随着网络流量的增加，吞吐量下降，延迟增加。
• 传输和响应时间: 必须尽可能短。传输时间是消息从一个节点传递到另一个节点的时间，而响应时间是查询和相应响应之间的时间。
• 成本: 建立、维护和运行网络的成本必须是最低的。
• 效率: 网络的主要部分不能长时间处于空闲状态。
• 安全: 任何恶意的入侵者都不能访问网络。
• 错误: 系统必须尽可能无错误。

3.0 连接类型

网络由通信链路连接的两个或多个节点组成。链接是信息从一个节点传递到另一个节点的路径。有两种类型的连接用于节点之间的信息传输:点对点和多点或多点传输。如下入图所示：

4.0 数据通信标准和组织

标准对于数据和电信行业至关重要，以便设备制造商遵守这些商定的标准。这将确保不同制造商的设备在国内和国际上的互操作性。标准、指南和框架是由组织、政府机构、制造商和通信行业设备用户组成的联盟所建立的。数据、电讯及网络行业的标准组织有:国际标准组织(ISO)、国际电信联盟电信部门(ITU-T)、电气电子工程师协会(IEEE)、美国国家标准协会(ANSI)、电子工业协会(EIA)、电信行业协会(TIA)、互联网架构委员会(IAB)、互联网工程任务组(IETF)、互联网研究任务组(IRTF)。

5.0 网络拓扑

网络拓扑指的是计算机、电缆和组件之间的相互连接方式，包括物理和逻辑两方面。物理连接是指网络的实际铺设，逻辑连接是指数据从一个节点(站)到另一个节点(站)的实际传递方式。

用于网络目的的不同拓扑有:网状、星形、总线、环形和混合。

5.1 网状

在网状拓扑中，每个站或节点通过点对点链接与每个其他节点连接。为了实现上述目标，n目网络中的每个节点必须与其余(n - 1)个节点相连。因此，总共需要n(n - 1)条物理链路。然而，对于全双工模式，通信同时发生在任何一个方向，总共需要n(n - 1)/2个双工模式链路。

下图显示了由四个站点组成的网状网络。

使用网状网络有几个优点。首先，由于专用链接，数据可以从一个链接移动到另一个链接，而不受系统负载的影响。二是保障数据安全/隐私。第三，该系统具有健壮性，即链接中的故障不会影响系统的其他部分。第四，故障节点很容易被检测到。第五，当检测到故障节点时，可以进行引流。

由于点到点的连接方式，随着节点数量的增加，电缆长度和成本的增加以及大量的布线可能会导致空间问题。

5.2 星型

在这里，每个工作站或节点都连接到一台中央计算机，称为集线器。 它充当一个多点连接器。两个节点之间的任何数据交换都只通过中央计算机进行。如下图所示：

星型网络具有一定优势。首先，该体系本质上是稳健的。也就是说，如果链路发生故障，该特定节点和集线器之间的数据交换就会失败，而不会影响任何其他节点。故障检测和隔离非常容易。其次，更少的电缆导致更低的成本。第三,在添加/更改/删除的情况下，重新配置任何节点都非常容易。

如果中央计算机或集线器故障，则星型网络故障。同样，根据某些情况，需要更多的电缆。星型拓扑通常应用于局域网中。

5.3 总线

这种类型，有一根长电缆作为骨干，小电缆(线)从它连接到各个站点或节点。这种连接是用接头连接的。当信号沿着干线传播时，会因为接头的存在而变弱。这限制了总线技术可以支持的接头数量和涉及的距离。方案如下图所示：

总线拓扑有时被称为线性或水平总线。总线拓扑通常包括一个集中放置的主机，它控制与其他计算机之间的数据/信息流。

总线拓扑需要更短的电缆长度。但故障检测/隔离/重新连接有困难。在现有系统中添加额外的节点也很困难。由于信号反射，在抽头处也存在信号质量下降的可能。中继或总线电缆的任何故障或断裂都会导致整个系统的完全故障。

5.4. 环型

环形拓扑在任意两个连续的设备之间有一个专用的点对点连接。各站串联连接，形成闭环。如下图所示：

环内的通信是单向的。针对某一特定站点的信息沿着环沿一个方向传递。环形拓扑，像总线和星型拓扑一样，通常有一个位于中央的主机，控制数据/信息流到网络中的其他站点。

使用环形拓扑的优点在于它容易安装和重新配置。故障隔离非常容易。每当需要添加/删除节点时，最大环长度和环拓扑中使用的最大设备数量是需要考虑的唯一问题。

5.5 混合

它通常是前面讨论过的拓扑的混合。星型和总线拓扑的组合，如下图所示：

它显示了一个网络，其中三条线星型连接到集线器。站或节点连接到这三条线路中的每一条。混合拓扑结合了星型和总线拓扑的优点。

6.0 网络应用程序

网络就是通过通信链路在计算机之间共享资源和数据。通信网络的重要参数包括传输的可靠性、速度、数据的安全性和性能。

在设计网络时必须考虑到特定的应用程序。为特定应用程序设计的网络将很好地用于该应用程序类别，但如果应用程序特征更改，则可能无法工作。网络应用程序分为面向连接协议和无连接协议。在面向连接的协议中，大量的加密、错误检查和握手等开销在很大程度上降低了数据传输速率，而在无连接的协议中，这些可靠性特性被省去，从而在很大程度上提高了数据传输速率。

7.0 网络组件

各种网络组件有助于网络的正常运行。它们是:服务器、传输介质、共享数据、客户端、共享打印机和其他外设、网络接口卡(NIC)、硬件/软件资源、本地操作系统(LOS)和网络操作系统(NOS)。

服务器是向网络提供特定服务的计算机。用户可以通过服务器访问网络资源。不同类型的服务器提供不同的服务，如路由服务器、网关服务器、终端服务器、web服务器、打印机服务器、文件服务器、邮件服务器、通信服务器、数据库服务器等。

路由服务器连接具有类似架构的节点和网络。网关服务器通过协议转换连接具有不同体系结构的节点和网络。文件服务器将文件的副本从服务器提供给请求相同文件的客户机(用户)。

传输介质也称为链路、通道或线路。它们可以是同轴电缆、双绞线或光纤，用于将计算机连接到网络。

共享数据由最终用户(计算机)使用，并由文件服务器提供。例如:电子邮件、打印机访问程序等。

位于网络两端的计算机是使用网络设施进行适当的端到端处理数据传递的客户端。客户端从服务器请求必要的服务，接收相同的服务并执行数据传输。

网络上的每台计算机都有一个NIC，它的作用是格式化、处理、控制、传输和从网络接收数据。在发送端，NIC将格式化的数据传递到物理层。在接收端，NIC从物理链路接收格式化的数据，从中去除开销，并根据其内容进行相同的处理。网卡必须有一个驱动程序才能在它所连接的网络上运行。

LOSs允许计算机根据需要访问文件、cd和打印机。例如Windows 、Linux。

NOS是一种允许计算机与网络交互的软件。因此，它可以在计算机和服务器上运行。NOS提供密码认证、网络管理功能、数据文件和打印机的访问等。NOS的一些例子是IBM LAN Server, UNIX，Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare等。

8.0 网络的分类

网络是按大小分类的。它包括地理区域、速度、计算机数量、媒体和物理架构。初始一级分类包括局域网、城域网(城域网)、广域网(wan)和全球局域网(GANs)。一些更主要的网络类型是建筑骨干网、校园骨干网和企业网络。此外，个人区域网络(pan)和电力线区域网络(PLANs)正在迅速赶上网络领域。在pan中，数据传输是通过人体通过简单的触摸进行的，而plan则使用现有的交流配电网络将数据从一个地方传输到另一个地方。