网络通信概述
1.4.1 通信的含义
通信就是相互之间的交流和沟通，具体表现有很多种方式，比如：面对面的谈话、电话交流或者书信、网络聊天等等，但不管通信的方式是什么，都必须遵循一定的规则。这些规则包括：标识通信的双方，即发送放和接收方；通信双方有一致同意或遵守的通信方法；采用的语言和语法一致或者通用；通信时信息传输的时间和速度约定一致；信息传输的质量有相应的保障机制。只有遵循规则的通信才可能是有效的、成功的。
1.4.2 网络通信的平台
随着计算机网络的高速发展，传统的通信方式已经逐渐被网络通信所替代，计算机网络已经成为世界上最大的通信平台。计算机网络通信通过以下4个基本要素来实现：
1．协议
协议是来管理通信消息如何发送、定向、接收和解释，也就是规则。这些协议必须支持在不同区域使用不同设备的用户进行通信，现在最常用的是IP（网际协议）和TCP（传输控制协议）。
2．消息
消息是指网络通信中传输的数据，它可以是网页、电子邮件、音乐、电影等，都是能够被网络所携带的。消息的表现形式虽然多种多样，但最终都会被转化成二进制编码的数字信号进行传输。
3．介质
介质就是消息传输的载体，也就是平常所说的通信线路，比如电话线，有线电视用的电缆等。网络通信中的介质分为有线和无线两类，有线介质包括光纤、电缆、双绞线等，无线介质包括红外线、微波等。
4．设备
设备是用来发送、转发和接收消息的，网络通信中常见的设备有计算机、路由器、交换机等等。计算机作为终端设备主要负责消息的发送和接收，路由器和交换机作为中间设备主要负责消息的转发。这些设备协同工作保证数据从发送端正确传输到接收端。
1.4.3 网络协议
为网络数据交换而定制的规则、约定和标准被称为网络协议(Protocol)。网络协议主要由以下三个要素组成：
语法：即用户数据与控制信息的结构与格式。这和人类的语言一样，中文有中文的语法，英语有英语的语法，人与人之间通信的时候只有采用相同语法的语言才能沟通。
语义：即需要发出何种控制信息，以及要完成的动作与作出的响应，它的作用类似于人们在进行书面交流时所用的标点符号，其目的是为了保证接收端能够正确完整地收到数据。
时序：即对事件实现顺序的详细说明，是先传输控制信息还是先传输用户数据，对于多个控制信息，在传输的时候也说明了先后顺序。
1.4.4 数据交换技术
交换又称转换，数据交换技术在交换通信网中实现数据传输是必不可少的。数据通过通信子网的交换方式可以分为电路交换和存储交换两大类。常用的交换技术有：线路交换、报文交换和分组交换（包交换）三种。
1．电路交换
电路交换（Circuit Switching），也称为线路交换，它是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路。目前，公用电话交换网广泛使用的交换方式是电路交换。
电路交换具有下列特点：
●呼叫建立时间长且存在呼损。电路建立阶段，在两节点之间建立一条专用通路需要花费
一段时间，这段时间称为呼叫建立时间。在电路建立过程中由于交换网繁忙等原因而使建立失败，对于交换网则要拆除已建立的部分电路，用户需要挂断重拨，这称为呼损。
●电路连通后提供给用户的是“透明通路”，即交换网对用户信息的编码方法、信息格式
以及传输控制程序等都不加以限制，但对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。
●一旦电路建立连接后，数据以固定的速率传输，除通过传输链路时的传输延迟以外，没
有别的延迟，且在每个节点的延迟是可以忽略的，适用于实时大批量连续的数据传输。
●电路信道利用率低。电路建立，进行数据传输，直至通信链路拆除为止，信道是专用的，
再加上通信建立时间、拆除时间和呼损，其利用率较低。
2．存储转发交换
存储转发交换（Store and Forward Switching）方式又可以分为报文存储转发交换与报文分组存储转发交换两种方式。其中，报文分组存储转发交换方式又可以分为数据报与虚电路方式。
（1）报文交换（Message Switching）
对较为连续的数据流（如话音），电路交换是一种易于使用的技术。对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术。在报文交换网中，网络节点通常为一台专用计算机，备有足够的外存，以便在报文进入时进行缓冲存储。节点接收一个报文之后，报文暂时存放在节点的存储设备之中，等输出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端为止。
在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择，并且对收发的报文进行相应的处理。例如，差错检查和纠错、调节输入/输出速度进行数据速率转换、进行流量控制，甚至可以进行编码方式的转换等，所以，报文交换是在两个节点间的链路上逐段传输的，不需要在两个主机间建立多个节点组成的电路通道。与电路交换方式相比，报文交换方式不要求交换网为通信双方预先建立一条专用的数据通路，因此就不存在建立电路和拆除电路的过程。
报文交换的特点如下：
●源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道。
●与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延。
●电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传输数据。
●要求节点具备足够地报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当。
●数据传输地可靠性高，每个节点在存储转发中都进行差错控制，即检错和纠错。
由于采用了对完整报文地存储/转发，而节点存储/转发的时延较大，不适用于交互式通信，如电话通信。由于每个节点都要把报文完整的接收、存储、检错、纠错、转发，产生了节点延迟，并且报文交换对报文长度没有限制，报文可以很长，专用就有可能使报文长时间占用某两节点之间地链路，不利于实时交互通信。分组交换即所谓的包交换正是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。
（2）分组交换（Packet Switching）
分组交换属于“存储/转发”交换方式。但它不像报文交换那样以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准的“报文分组”（Packet）为单位进行交换传输。分组是一组包含数据和呼叫控制信号的二进制数，把它作为一个整体加以转接，这些数据、呼叫控制信号以及可能附加的差错控制信息都是按规定的格式排列的。假如A站有一份比较长的报文要发送给C站，则它首先将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附加上地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序发送到交换网的节点C。
交换网可采用两种方式：数据报文分组交换或虚电路分组交换。
①数据报文分组交换
交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理，而不管它是属于哪个报文的分组，就像报文交换中把一份报文进行单独处理一样。这种分组交换方式简称为数据报传输方式，作为基本传输单位的“小报文”被称为数据报（Datagram）。数据报的工作方式如图1－9所示。
图1-9 数据报的工作方式
数据报分组交换的特点如下：
●同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。
●同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或丢失现象。
●每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点地址。
●使用数据报文方式时，数据报文传输延迟较大，适用于突发性通信，但不适用于长报文、
会话式通信。
②虚电路分组交换
虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立逻
辑上的连接，用户不需要在发送和接收数据时清除连接。
所有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输，且存在一个虚呼叫建立阶段和拆除阶段（清除阶段），这是与电路交换的实质上的区别。如图1-10所示
图1-10 虚电路的工作方式
虚电路分组交换的特点如下：
●类似于电路交换，虚电路在每次报文分组发送之前必须在源节点与目的节点之间建立一
条逻辑连接，也包括虚电路建立、数据传输和虚电路拆除三个阶段。但与电路交换相比，虚电路并不意味着通信节点间存在像电路交换方式那样的专用电路，而是选定了特定路径进行传输，报文分组所途径的所有节点都对这些分组进行存储/转发，而电路交换无此功能。
●一次通信的所有报文分组都从这条逻辑连接的虚电路上通过。因此，报文分组不必带目
的地址、源地址等辅助信息，只需要携带虚电路标识号。报文分组到达目的节点不会出现丢失、重复与乱序的现象。
●报文分组通过每个虚电路上的节点时，节点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。
●通信子网中的每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。
由于虚电路方式具有分组交换与电路交换两种方式的优点，因此，在计算机网络中得到了广泛的应用。
3．高速交换技术
传统的交换技术不能满足多媒体业务的应用，目前，提高交换速度的方案有帧中继（FR）和异步传输方式（ATM）等。较有发展前途的交换技术ATM是电路交换与分组交换技术的结合，它能最大限度地发挥电路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的话音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。