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漫谈网络通信与传输介质


http://www.enorth.com.cn  2001-04-13 00:00

  大家知道,在高速公路上行车必须要遵守交通规则,交通规则是交通管理部门人为制定的,所有行车人必须要遵守的统一规则。而上计算机网络也要遵守“交通规则”,这就是计算机网络协议。

  

  通过网络连接的计算机系统之间的通信必须遵守一定的约定和规程,才能保证能够相互连接和正确交换信息。这些约定和规程是事先制定的,并以标准的形式固定下来。计算机网络协议与人的会话规则很相似,要想顺利地进行会话,会话双方必须用同一规则发音、连词造句,只能讲英语的人和只能讲汉语的两个人不能直接对话。

  

  说得简单一点,计算机网络协议就是网络的“建筑标准”,网络怎么打地基,怎样建第一层,怎样建第二层,怎样建第三层,上一层建筑和下一层建筑之间如何协调。这就是所谓的网络体系结构的层次化概念。对于采用这种概念设计的网络体系结构,在用户要求追加或更改通信程序的功能时,不用改变整个结构,只需拆换一部分,改变一下有关层次的程序模块就行了。

  

  计算机网络协议的标准化是从1974年开始的。那一年,IBM公司为了使本公司产品之间的通信标准化制定了系统网络体系结构SNA标准,从此开始了数据通信系统网络协议的标准化。

  

  在IBM SNA标准的刺激下,20世纪70年代后半期各主要计算机生产商纷纷发表了自己的网络体系结构。从20世纪80年代起,由于计算机网络的应用开始以显著的速率增长,大多数的制造商都在生产各自的网络体系结构,像IBM公司的令牌环网、苹果公司的Apple Talk等等。为了有利于产品的开发和销售,各公司都对自家的计算机与数据终端的协议进行了标准化。正是这种原因,形成了目前“交通规则”的多样化。

  

  X.25协议

  

  X.25是目前较为普遍的一种数据传输协议,但其数据传输率比较低,一般是64k比特/秒。在没有安装先进的Modem时,通过电话拨号入网的用户的传输率最高不会超过9.6比特/秒。甚至只有很少端口的速率能够达到2.4k比特/秒。这一速率对LAN间连接是不实际的。

  

  历史上,X.25联网是通过干扰很大的模拟线路实现的,该协议包含了功能很强的差错恢复机制,特别是Novell的IPX信息包在通过X.25网时,IPX和X.25都具有内含的差错校正功能。所以至少在X.25网络层上,许多X.25包中包含了大量的IPX确认信息,而这些信息是对X.25已经确认收到包的再确认。双重差错检验使连接速率受到更大的限制,当然这是一种浪费。

  

  目前接入X.25网的方式有两类:

  

  1.采用高速专用线路

  该类线路数据传输速率根据实际情况为19.2k比特/秒、56或64k比特/秒甚至1.544兆比特/秒,完全采用X.25协议。这种连接方式费用较高,通常只供繁忙的主计算机用。

  

  2.采用拨号电话线路

  该类线路在计算机与网络之间不提供X.25数据处理能力。可以通过建立专用网或是公用数据网获得分组交换服务。

  

  TCP/IP协议

  说起Internet,不可能不提到TCP/IP协议。随着Internet的普及,TCP/IP也传遍了世界。TCP/IP的具体原理十分繁复,由于它同Internet密不可分,这里只简略谈一下。

  

  Internet的前身是APRANET。在APRANET的开发过程中,科学家们面临连接数千台不同类型计算机这一难题,于是美国国防部高级研究计划局开发出了TCP/IP协议来解决这个问题。

  

  1980年,美国国防部高级研究计划局在其网络的计算机上安装了第一个TCP/IP模块。美国国防部高级研究计划局规定到1983年1月所有接入ARPANET的计算机都必须采用TCP/IP协议。更为重要的是,美国国防通讯局开始开发为与美国国防部TCP/IP标准一致的测试和验证软件。对产品的要求是应当遵守有关的标准,但当时却存在一个实际并不完全遵守协议的问题。产品的设计师为了省钱,去掉了某些“不需要”的功能,或为了保持产品特点增加了一点新的内容,因而国防通讯局需要对TCP/IP产品进行检查和验证,以保证TCP/IP产品完全符合标准,并确实是可互操作的。

  

  这项测试计划于1987年完成,所取得的成果对许多计算机和操作系统进行了验证,有几百种产品符合标准。在美国,许多公司和几乎所有的联邦政府机构及大学都已经利用了TCP/IP软件的可用性和标准化。TCP/IP的管理人员也承认国际标准化组织(ISO)在开发非商业专用协议上的成果,并公开支持所开发的程序。

  

  TCP/IP中IP的概念就是Internet地址。我们所熟知的电子邮件,其地址就是以此为基础。这是一个分配给网络各节点的32位数字,根据网络的规模可有各种地址类型,即IP地址。用这些数字来标识节点所在的主网和子网,用地址来标识某个特定节点和提供网关用来确定信息从一台机器传送到另一台机器的路径。IP模块为了通讯必须知道另一网际地址。在不同TCP/IP网络之间起网关作用的机器具有与每个网不同的网际地址。

  

  从概念上说,支持TCP协议的软件是独立存在的。TCP用由分组交换网的串行端口或从以太网接收的数据进行操作,在概念上它可以不需要或者说不必知道IP。但在实际操作应用中,TCP是TCP/IP的一个完整的组成部分,并经常与IP一起工作。

  

  TCP/IP按标准格式传送数据并使数据可用于高层协议中。高层协议所面对的已不是“0”或“1”的信息流,而是完整信息的发送和接收。这些协议包括文件传送协议、简单邮件传送协议和称为Telnet的终端仿真与通讯程序。支持TCP/IP协议的程序能够向用户提供网络上异型机登录的能力,使用一条标准命令可以列出所需的目录和文件以及远程机器交换文件。

  

  ATM协议

  

  计算机网络不但要支持传统的电信业务,而且要支持高速增长的Internet业务,因此现代的计算机网络必须具备提供综合业务的能力。传统的计算机网络都有提供异步通信的能力,而这一能力的实现是基于传统转发的分组交换技术。而电信提供该类实时通信的能力,主要是基于时分复用的电路交换技术。

  

  ATM是英文Asynchronous Transfer Mode的缩写,中文译成异步传输方式。ATM协议的引入,旨在统一上述两种传送模式,从而支持所有业务,并以此提高网络的利用率。

  

  ATM网内的数据采用异步传输模式,数据以53字节单元进行传输,提供高达1.2G比特/秒的传输率,有预测网络延时的能力。可以传输语音、视频等实时信息,曾被认为是最有发展前途的网络类型之一。

  

  20世纪80年代,ATM协议及技术是被作为B-ISDN的基本技术看待的。按照当时的说法,B-ISDN,是“能够支持现有的电信业务,并且能够支持将来可能出现的各种电信业务的通信网络”。因此,在当时同时存在电话交换网和分组交换网的情况下,ATM协议的出现是有震撼意义的。大家把它看成一种前所未有全能的且具有重大意义的新一代技术。有人认为它将会一统天下,从而结束多种通信网并存的混乱局面。那时的计算机界、通讯界无不在谈论ATM,如果哪个网络公司没有发展ATM的计划,这个公司可能会在同行面前抬不起头来。

  

  其实ATM并不神秘。按此方式,数字形式的业务信息以信息分组为单位非等时地在网中传输、交换和处理,最终到达目的地用户。和目前通常采用同步固定速率信道的同步方式相比,这种方式的最大优点是网络可动态地分配传输资源给各个用户,大大提高了网络的效率。

  ATM包括ATM单元、ATM交换机、ATM虚连接几个部分:

  

  1.ATM单元

  在ATM网络中,信息单元由53个字节构成,其中包括5个字节的头标和48字节的数据。头标由许多用于路由选择的信息字段组成,与目标地址、源地址以及数据包中所要求的网络链路层字段相比,ATM头标的寻址字段是结构化的。另外,ATM单元的数据部分使用定长的48个字节,替代不定长的数据包数据。

  

  2.ATM交换机

  它如同普通电信网中的程控交换机,只不过是用在ATM网络中。ATM交换机是任何一种ATM网络都必需的多端口网络设备,其中每个端口至多只能连接一个端节点,不同的端节点必能共享连接到同一个端口的链路,采用ATM交换机有许多优点,它允许在同一个网络上以多种链路速度同时进行操作。

  

  3.ATM虚连接

  ATM网络与传统网络技术的区别还在于其建立虚连接的方式,即通过网络传输数据的路由有所不同。每一虚连接在传输数据之前都要通过服务质量度量参数进行协调。虚连接允许对网络的数据流量进行控制。

  

  在信息电路交换模式中,收发两端之间建立了一条传输速率固定的信息通路。在通信过程中,不论是否发送了信息,该通路均被某呼叫所独占,这种传送模式被称为同步传输模式(英文简称STM)。而在分组交换模式中,不对呼叫分配固定电路,仅当发送信息时才送出分组。从原理上讲,这种模式可以适应任何传输速率,但由于协议的控制复杂等原因,很难满足高速通信的要求。

  

  ATM技术继承了电路交换方式中速率的独立性和高速分组交换方式对任意速率的适应性,针对两者的缺点采取相应对策,以实现高速传送综合业务信息的能力。

  

  支持Internet和计算机局域网是ATM协议技术目前最大的应用。Internet和LAN都借助ATM技术提升了速度并获得了交换能力,解决了其迅速发展中遇到的关键问题。ATM技术则借Internet和LAN得到了大量的应用链路层规程软件和现有环境的支持,终于找到了一个现实的网络应用的落脚点。二者具有完美的互补关系。

  

  目前,CHT-TL(一个国际计算机网络研究试验组织)已经开发了ATM试验网络,该网络由10个切换节点组成,提供宽带服务、远程数学、电视会议等。最近,国际ATM试验在我国台湾省、香港特区及新加坡和美国已经成功完成。

  

  DTM协议

  

  有一句歌词:“不是我不明白,这世界变化快。”

  

  已经快速变化的通信世界,因为DTM的出现而更加令人眼花缭乱。在ATM协议的基础上,在Internet快速发展的背景下,DTM出现了。所谓DTM(Dynamic Synchronous Transfer Mode)即动态同步传输模式,它能更好地为Internet上的TCP/IP协议提供支持。

  

  通信世界的传送对象,其实只有连续流信息和突发性信息两种。适应前者的,是各种同步时分传送系统;适应后者的,是各种分组传送系统。人们始终在探讨两种传送系统统一的可能性。发现一种统一的支持两种传送对象的技术的尝试,首先导致了ATM的出现。

  

  ATM从提出到现在,已经十年有余。中间历经多少风雨,如今总算有了一席之地。虽然争论仍然有,统一传送的目的也远未达到。DTM同样是一种尝试,如果说ATM是一种类似分组系统的技术,则DTM更是一种类似同步时分系统的技术。它试图不仅满足传送连续信息的需求,而且满足传送突发信息的需求。

  

  DTM完全利用大容量的光纤,为带宽需求大并有严格服务质量要求的应用提供了合适的承载手段。DTM的现实系统出现于1990年,并在实验环境中被测试,其基本原理得到了良好的验证,相应的协议也发展得较为完善,并正在准备实现标准化。先期试验后就准备推出产品,目前已有可用的试验系统。

  

  和ATM相比,DTM只是刚刚出现。目前已经有了数量庞大的ATM技术规范和许许多多的ATM网络,而DTM标准还尚待完善,设备大部分还处于试验阶段。

  

  自20世纪40年代以来人们就梦想能拥有一个世界性的信息库。在这个数据库中数据不仅能被全球的人们存取,而且应该能轻松地链接其它地方的信息,以便用户可以方便快捷地获得重要的信息。

  

  随着科学技术的迅猛发展,人们的这个梦想已经变成了现实,它就是目前正在使用的最流行的系统――“环球信息网WWW”(World Wide Web)。它的完整的正式定义是“WWW is a wide-area hypermedia information retrieval initiative to give universal access to large universe of documents.”也就是:WWW是一个以Internet为基础的计算机网络,它允许用户在一台计算机通过Internet存取另一台计算机上的信息。从技术角度上说,环球信息网是Internet上那些支持WWW协议和超文本传输协议HTTP(Hyper Text Transport Protocol)的客户机与服务器的集合,透过它可以存取世界各地的超媒体文件,内容包括文字、图形、声音、动画、资料库、以及各式各样的软件。(天宇)

  

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