通信技术 - 快速指南

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通信技术 - 简介

通过使用言语、符号或符号来交换信息称为沟通。大约 50 万年前，当早期人类开始说话时，这是第一种交流方式。在我们深入研究推动当代世界交流的现代技术之前，我们需要了解人类如何开发出更好的交流技术来相互分享知识。

传播史

与远距离的人进行通信称为电信。最早的电信形式是烟雾信号、鼓或火炬。这些通信系统的主要缺点是只能传输一组预先确定的消息。这个问题在 18^世纪和 19^世纪通过电报和莫尔斯电码的发展得到了克服。

1878年电话的发明和商业电话的建立标志着通信系统的转变，真正的电信诞生了。国际电信联盟 (ITU) 将电信定义为通过电磁系统传输、发射和接收任何信号、信号或消息。现在，我们有了通信技术，可以与远在数千公里外的人们建立联系。

电话慢慢让位于电视、可视电话、卫星，最后是计算机网络。计算机网络彻底改变了现代通信和通信技术。这将是我们在后续章节中深入研究的主题。

网络的历史

阿帕网 - 第一个网络

阿帕网-高级研究计划局网络- 互联网的祖父是由美国国防部 (DOD) 建立的网络。建立网络的工作始于 20 世纪 60 年代初，国防部资助了重大研究工作，最终开发了网络通信的初始协议、语言和框架。

它在加州大学洛杉矶分校（UCLA）、斯坦福研究院（SRI）、加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）和犹他大学有四个节点。1969 年 10 月 29 日，加州大学洛杉矶分校和 SRI 之间交换了第一条消息。电子邮件是 Roy Tomlinson 于 1972 年在 UCLA 连接到 BBN 后在 Bolt Beranek and Newman, Inc. (BBN) 创建的。

互联网

阿帕网经过扩展，将国防部与正在进行国防相关研究的美国大学连接起来。覆盖了全国大部分重点大学。当伦敦大学学院（英国）和皇家雷达网络（挪威）连接到阿帕网并形成网络中的网络时，网络的概念得到了推动。

互联网一词由斯坦福大学的 Vinton Cerf、Yogen Dalal 和 Carl Sunshine 创造，用于描述这种网络的网络。他们还共同开发了促进互联网信息交换的协议。传输控制协议 (TCP) 仍然构成网络的支柱。

电信网

Telenet 是 1974 年推出的阿帕网 (ARPANET) 的第一个商业版本。随之而来的是互联网服务提供商 (ISP) 的概念。ISP 的主要功能是以实惠的价格为其客户提供不间断的互联网连接。

全球资讯网

随着互联网的商业化，世界各地开发了越来越多的网络。每个网络使用不同的协议进行网络通信。这阻止了不同网络无缝连接在一起。20 世纪 80 年代，蒂姆·伯纳斯·李 (Tim Berners-Lee) 带领瑞士欧洲核子研究组织 (CERN) 的一组计算机科学家创建了一个由各种网络组成的无缝网络，称为万维网 (WWW)。

万维网是一个由通过超文本连接在一起的网站和网页组成的复杂网络。超文本是链接到相同或不同网站的另一个网页的单词或单词组。单击超文本时，将打开另一个网页。

从阿帕网到万维网的演变之所以成为可能，是因为世界各地的研究人员和计算机科学家取得了许多新成就。以下是其中一些进展 -

通信技术 - 术语

在深入探讨网络细节之前，让我们先讨论一些与数据通信相关的常见术语。

渠道

交换信息的物理介质（如电缆）称为通道。传输通道可以是模拟的或数字的。顾名思义，模拟通道使用模拟信号传输数据，而数字通道使用数字信号传输数据。

在流行的网络术语中，发送或接收数据的路径称为数据通道。该数据通道可以是有形介质（如铜线电缆）或广播介质（如无线电波）。

数据传输率

在传输通道上传输或接收数据的速度（以单位时间测量）称为数据传输速率。最小的测量单位是比特每秒 (bps)。1 bps 表示 1 秒内传输 1 位（0 或 1）数据。

以下是一些常用的数据传输速率 -

• 1 Bps = 1 字节每秒 = 8 位每秒
• 1 kbps = 1 千比特每秒 = 1024 比特每秒
• 1 Mbps = 1 兆比特每秒 = 1024 Kbps
• 1 Gbps = 1 千兆位每秒 = 1024 Mbps

带宽

网络可以支持的数据传输速率称为其带宽。它以每秒位数 (bps) 为单位进行测量。现代网络提供的带宽以 Kbps、Mbps 和 Gbps 为单位。影响网络带宽的一些因素包括 -

• 使用的网络设备
• 使用的协议
• 连接用户数
• 网络开销，例如冲突、错误等。

吞吐量

吞吐量是数据通过网络传输的实际速度。除了传输实际数据外，网络带宽还用于传输错误消息、确认帧等。

吞吐量比带宽更好地衡量网络速度、效率和容量利用率。

协议

协议是设备用于通过网络进行通信的一组规则和规定。就像人类一样，计算机也需要规则来确保成功的通信。如果两个人在没有口译员在场的情况下同时开始说话或使用不同的语言，则不会发生有意义的信息交换。

同样，连接在网络上的设备需要遵循定义诸如何时以及如何传输数据、何时接收数据、如何给出无错误消息等情况的规则。

互联网上使用的一些常见协议是 -

• 传输控制协议
• 互联网协议
• 点对点协议
• 文件传输协议
• 超文本传输​​协议
• 互联网消息访问协议

切换技术

在大型网络中，可能有不止一条路径用于将数据从发送方传输到接收方。从可用选项中选择数据必须采取的路径称为切换。有两种流行的交换技术——电路交换和分组交换。

电路交换

当发送方和接收方之间建立专用的数据传输路径时，称为电路交换。当任何网络节点想要发送数据时，无论是音频、视频、文本还是任何其他类型的信息，都会向接收器发送呼叫请求信号并进行确认，以确保专用路径的可用性。然后使用该专用路径发送数据。阿帕网使用电路交换进行网络通信。

电路交换的优点

电路交换比其他交换技术具有以下优势 -

• 一旦路径建立，唯一的延迟就是数据传输速度
• 不存在拥塞、乱码问题

电路交换的缺点

电路交换也有其缺点 -

• 需要较长的设置时间

• 请求令牌必须传输到接收方，然后在进行任何传输之前进行确认

• 线路可能会被长时间搁置

分组交换

正如我们所讨论的，电路交换的主要问题是它需要专用线路进行传输。在数据包交换中，数据被分解为小数据包，每个数据包都有源地址和目标地址，从一个路由器传输到下一个路由器。

传输媒体

为了使任何网络有效，原始数据流都需要通过某种介质从一台设备传输到另一台设备。可以使用各种传输介质来传输数据。这些传输介质可能有两种类型 -

• 引导- 在引导媒体中，传输的数据通过具有固定路径的布线系统传输。例如，铜线、光纤线等。

• 非制导- 在非制导媒体中，传输的数据以电磁信号的形式通过自由空间传播。例如无线电波、激光等。

每种传输介质在带宽、速度、延迟、每比特成本、安装和维护方便性等方面都有自己的优点和缺点。让我们详细讨论一些最常用的介质。

双绞线

铜线是最常用的用于传输信号的电线，因为它具有良好的性能和低成本。它们最常用于电话线。但是，如果两条或多条电线放在一起，它们可能会干扰彼此的信号。为了减少这种电磁干扰，一对铜线像 DNA 分子一样以螺旋状绞合在一起。这种绞合的铜线称为双绞线。为了减少附近双绞线之间的干扰，每对双绞线的绞合率不同。

多达 25 根双绞线被放置在保护层中，形成双绞线电缆，这些双绞线电缆是电话系统和以太网的主干网络。

双绞线电缆的优点

双绞线电缆是世界上最古老、最流行的电缆。这是因为它们提供了许多优点 -

• 由于学习曲线较浅，可以轻松获得经过培训的人员
• 可用于模拟和数字传输
• 短距离最便宜
• 即使部分网络损坏，整个网络也不会瘫痪

双绞线电缆的缺点

双绞线电缆具有许多优点，但也有一些缺点 -

• 如果没有中继器，信号无法长距离传输
• 距离大于 100m 时错误率较高
• 非常薄，因此很容易破裂
• 不适合宽带连接

屏蔽双绞线电缆

为了对抗双绞线电缆拾取噪声信号的趋势，电线通过以下三种方式进行屏蔽 -

• 每对双绞线均经过屏蔽。
• 电缆中的多对双绞线是屏蔽的。
• 每对双绞线以及所有双绞线都被屏蔽。

这种双绞线称为屏蔽双绞线（STP）电缆。没有屏蔽而是简单地捆扎在保护套中的电线称为非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆。这些电缆的最大长度可达 100 米。

屏蔽使电缆体积庞大，因此 UTP 比 STP 更受欢迎。UTP 电缆用作家庭和办公室的最后一英里网络连接。

同轴电缆

同轴电缆是铜质电缆，其屏蔽性能比双绞线电缆更好，因此传输的信号可以以更高的速度传输更远的距离。同轴电缆由这些层组成，从最内层开始 -

• 硬铜线作为芯

• 芯线周围的绝缘材料

• 围绕绝缘体的导电材料紧密编织的编织网

• 包裹电线的塑料保护套

同轴电缆广泛用于有线电视连接和局域网。

同轴电缆的优点

这些是同轴电缆的优点 -

• 出色的抗噪声能力

• 信号可以以更高的速度传输更长的距离，例如 1 公里电缆为 1 至 2 Gbps

• 可用于模拟和数字信号

• 与光纤电缆相比便宜

• 易于安装和维护

同轴电缆的缺点

这些是同轴电缆的一些缺点 -

• 与双绞线电缆相比价格昂贵
• 与双绞线电缆不兼容

光纤

用于利用光波传输数据的细玻璃或塑料线称为光纤。发光二极管 (LED) 或激光二极管 (LD) 在光源处发射光波，由另一端的检测器读取。光纤电缆具有一束这样的线或纤维，这些线或纤维在保护层中捆扎在一起。每根纤维都由这三层组成，从最内层开始 -

• 芯体采用优质石英玻璃或塑料制成

• 包层由优质石英玻璃或塑料制成，折射率比芯低。

• 称为缓冲器的保护性外壳

请注意，纤芯和包层均由相似的材料制成。然而，由于包层的折射率较低，任何试图逃离纤芯的杂散光波都会由于全内反射而被反射回来。

光纤正在迅速取代电话线、互联网通信甚至有线电视连接中的铜线，因为传输的数据可以传输很长的距离而不会减弱。单节点光缆的最大段长可达 2 公里，带宽可达 100 Mbps。多节点光缆的最大段长度可达 100 公里，带宽可达 2 Gbps。

光纤的优点

由于光纤具有以下优点，它正在快速取代铜线 -

• 高带宽
• 不受电磁干扰
• 适用于工业及嘈杂区域
• 携带数据的信号可以长距离传输而不会减弱

光纤的缺点

尽管段长和带宽高，但由于这些缺点，使用光纤可能不是每个人的可行选择 -

• 光纤电缆价格昂贵
• 制造、安装和维护光缆所需的尖端技术
• 光波是单向的，因此全双工传输需要两个频率

红外线的

低频红外波用于非常短距离的通信，如电视遥控器、无线扬声器、自动门、手持设备等。红外信号可以在房间内传播，但不能穿透墙壁。然而，由于距离如此之短，它被认为是最安全的传输模式之一。

无线电波

使用无线电频率传输数据称为无线电波传输。我们都熟悉播放娱乐节目的广播频道。无线电台使用发射器发射无线电波，这些无线电波由安装在我们设备中的接收器接收。

发射器和接收器都使用天线来辐射或捕获无线电信号。这些无线电频率还可用于分配范围内的直接语音通信。该范围通常为 10 英里。

无线电波的优点

这些是无线电波传输的一些优点 -

• 廉价的信息交换方式
• 敷设电缆无需征地
• 设备安装和维护成本低廉

无线电波的缺点

这些是无线电波传输的一些缺点 -

• 不安全的通信介质
• 容易受到天气变化的影响，如下雨、雷暴等。

网络设备

用于将计算机、打印机、传真机和其他电子设备连接到网络的硬件设备称为网络设备。这些设备通过相同或不同的网络以快速、安全和正确的方式传输数据。网络设备可以是网间的或网内的。有些设备安装在设备上，如 NIC 卡或 RJ45 连接器，而有些设备是网络的一部分，如路由器、交换机等。让我们更详细地探讨其中一些设备。

调制解调器

调制解调器是一种使计算机能够通过电话或电缆线发送或接收数据的设备。计算机上存储的数据是数字数据，而电话线或电缆只能传输模拟数据。

调制解调器的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，反之亦然。调制解调器是两种设备的组合——调制器和解调器。当计算机发送数据时，调制器将数字数据转换为模拟数据。当计算机接收模拟数据信号时，解调器将其转换为数字数据。

调制解调器的类型

调制解调器可以按多种方式分类，例如传输数据的方向、传输线路的连接类型、传输模式等。

根据数据传输的方向，调制解调器可以是以下类型 -

• 单工- 单工调制解调器只能在一个方向上传输数据，从数字设备到网络（调制器）或网络到数字设备（解调器）。

• 半双工- 半双工调制解调器能够在两个方向上传输数据，但一次只能传输一个数据。

• 全双工- 全双工调制解调器可以同时在两个方向上传输数据。

RJ45连接器

RJ45 是Registered Jack 45的缩写。RJ45 连接器是设备使用的 8 针插孔，用于物理连接到基于以太网的局域网 (LAN)。以太网是一种定义用于建立 LAN 的协议的技术。用于以太网 LAN 的电缆是双绞线，两端都有RJ45 连接器引脚。这些引脚插入设备上相应的插座并将设备连接到网络。

以太网卡

以太网卡，也称为网络接口卡（NIC），是计算机用来连接以太网LAN并与LAN上的其他设备进行通信的硬件组件。最早的以太网卡位于系统外部，需要手动安装。在现代计算机系统中，它是内部硬件组件。NIC 具有RJ45 插座，可物理插入网络电缆。

以太网卡速度可能会根据其支持的协议而有所不同。旧以太网卡的最大速度为10 Mbps。然而，现代卡支持速度高达100 Mbps的快速以太网。有些卡的容量甚至达到1 Gbps。

路由器

路由器是一种网络层硬件设备，如果两个网络都支持同一组协议，则它将数据从一个 LAN 传输到另一个 LAN 。因此，路由器通常连接到至少两个 LAN 和互联网服务提供商(ISP)。它以数据包的形式接收数据，数据包是添加了目标地址的数据帧。路由器还会在传输信号之前增强信号。这就是为什么它也被称为中继器。

路由表

路由器读取其路由表来决定数据包可以快速准确地到达目的地的最佳可用路由。路由表可能有这两种类型 -

• 静态- 在静态路由表中，路由是手动输入的。因此它仅适用于最多有两到三个路由器的小型网络。

• 动态- 在动态路由表中，路由器通过协议与其他路由器进行通信以确定哪些路由是空闲的。这适用于较大的网络，在这些网络中，由于路由器数量较多，手动馈送可能不可行。

转变

交换机是一种通过双绞线电缆将其他设备连接到以太网的网络设备。它使用分组交换技术在网络上接收、存储和转发数据包。交换机维护与其连接的所有设备的网络地址列表。

收到数据包后，它会检查目标地址并将数据包传输到正确的端口。在转发之前，将检查数据包是否存在冲突和其他网络错误。数据以全双工方式传输

交换机中的数据传输速度可以是其他网络设备（例如用于网络的集线器）的两倍。这是因为交换机与连接到它的所有设备共享其最大速度。即使在高流量期间，这也有助于保持网络速度。事实上，通过使用多个交换机可以在网络上实现更高的数据速度。

网关

网关是用于连接两个或多个不同网络的网络设备。用网络术语来说，使用不同协议的网络是不同的网络。网关通常是一台具有多个连接到不同网络的网卡的计算机。网关也可以完全使用软件进行配置。当网络通过网关连接到不同的网络时，这些网关通常是网络的主机或端点。

网关使用分组交换技术将数据从一个网络传输到另一个网络。在这种方式下，它类似于路由器，唯一的区别是路由器只能在使用相同协议的网络上传输数据。

无线网卡

Wi-Fi是无线保真度的缩写。Wi-Fi技术用于实现与任何网络的无线连接。Wi-Fi 卡是用于将任何设备无线连接到本地网络的卡。通过 Wi-Fi 提供互联网访问的网络物理区域称为Wi-Fi 热点。热点可以设置在家里、办公室或任何公共场所。热点本身通过电线连接到网络。

Wi -Fi 卡用于向旧设备添加电话会议、下载数码相机图像、视频聊天等功能。现代设备都配有内置无线网络适配器。

网络拓扑

设备互连形成网络的方式称为网络拓扑。影响网络拓扑选择的一些因素是 -

• 成本- 安装成本是建立基础设施总成本的一个非常重要的因素。因此，在设计网络时必须考虑电缆长度、节点之间的距离、服务器的位置等。

• 灵活性- 网络拓扑应足够灵活，以允许重新配置办公室设置、添加新节点和重新定位现有节点。

• 可靠性- 网络的设计应使其停机时间最短。一个节点或一段布线的故障不应导致整个网络无法使用。

• 可扩展性- 网络拓扑应该是可扩展的，即它可以容纳新设备和节点的负载，而不会明显降低性能。

• 易于安装- 网络在硬件、软件和技术人员要求方面应易于安装。

• 易于维护- 网络故障排除和维护应该很容易。

总线拓扑

具有总线拓扑的数据网络具有线性传输电缆（通常是同轴电缆），沿长度方向连接有许多网络设备和工作站。服务器位于总线的一端。当工作站必须发送数据时，它会沿着总线传输标头中带有目标地址的数据包。

数据沿着总线在两个方向上传输。当目的端看到数据后，将其复制到本地磁盘。

总线拓扑的优点

这些是使用总线拓扑的优点 -

• 易于安装和维护
• 可以轻松扩展
• 由于采用单根传输线，因此非常可靠

总线拓扑的缺点

这些是使用总线拓扑的一些缺点 -

• 由于没有单点控制，故障排除很困难
• 一个节点故障可能导致整个网络瘫痪
• 哑终端无法连接到总线

环形拓扑

在环形拓扑中，每个终端恰好连接到两个节点，使网络呈圆形。数据仅沿一个预先确定的方向传输。

当终端必须发送数据时，它将数据传输到相邻节点，相邻节点再将数据传输到下一个节点。在进一步传输之前，数据可以被放大。通过这种方式，数据遍历网络并到达目标节点，目标节点将其从网络中删除。如果数据到达发送方，它会删除该数据并稍后重新发送。

环形拓扑的优点

这些是使用环形拓扑的优点 -

• 连接两个节点需要小电缆段
• 非常适合光纤，因为数据仅沿一个方向传输
• 可以实现非常高的传输速度

环形拓扑的缺点

这些是使用环形拓扑的一些缺点 -

• 单个节点故障导致整个网络瘫痪

• 故障排除很困难，因为在识别故障节点之前可能必须检查许多节点

• 很难在保持网络其余部分完好无损的情况下删除一个或多个节点

星型拓扑

在星型拓扑中，服务器单独连接到每个节点。服务器也称为中心节点。两个节点之间的任何数据交换都必须通过服务器进行。它是信息和语音网络中最流行的拓扑，因为中心节点可以在将数据发送到目标节点之前处理从源节点接收到的数据。

星型拓扑的优点

这些是使用星形拓扑的优点 -

• 一个节点故障不影响网络

• 故障排除很容易，因为可以立即从中心节点检测到故障节点

• 需要简单的访问协议，因为通信节点之一始终是中心节点

星形拓扑的缺点

这些是使用星形拓扑的缺点 -

• 可能需要长电缆将每个节点连接到服务器

• 中心节点故障导致整个网络瘫痪

树形拓扑

树形拓扑有一组连接到线性总线主干电缆的星形网络。它结合了星型和总线拓扑的特点。树形拓扑也称为层次拓扑。

树形拓扑的优点

这些是使用树形拓扑的一些优点 -

• 现有网络可以轻松扩展

• 各个网段的点对点接线意味着更轻松的安装和维护

• 非常适合临时网络

树形拓扑的缺点

这些是使用树形拓扑的一些缺点 -

• 配置和连接树形拓扑所需的技术专业知识

• 主干电缆故障导致整个网络瘫痪

• 不安全的网络

• 大型网络维护困难

网络类型

网络可以根据规模、复杂性、安全级别或地理范围进行分类。我们将讨论一些基于地理分布的最流行的拓扑。

平底锅

PAN 是个人局域网的缩写。PAN 是个人私人空间范围内的设备之间的互连，通常在 10 米范围内。如果您已使用蓝牙将图像或歌曲从笔记本电脑传输到手机或从手机传输到朋友的手机，则您已设置并使用了个人局域网。

人们可以将笔记本电脑、智能手机、个人数字助理和便携式打印机连接到家里的网络中。该网络可以是完全 Wi-Fi 或有线和无线的组合。

局域网

LAN 或局域网是分布在单个站点（如办公室、建筑物或制造单位）的有线网络。LAN是为了团队成员之间需要共享软件和硬件资源而不是与外界共享而设置的。典型的软件资源包括官方文档、用户手册、员工手册等。可以通过网络轻松共享的硬件资源包括打印机、传真机、调制解调器、内存空间等。这大大降低了组织的基础设施成本。

可以使用有线或无线连接来建立 LAN。完全无线的 LAN 称为无线 LAN 或 WLAN。

男人

MAN 是城域网的缩写。它是一个遍布城市、大学校园或一个小区域的网络。城域网比 LAN 更大，通常分布在几公里范围内。城域网的目标是共享硬件和软件资源，从而降低基础设施成本。通过连接多个局域网可以构建城域网。

城域网最常见的例子是有线电视网络。

广域网

WAN 或广域网遍布一个或多个国家。WAN 通常是由许多 LAN、MAN 和 WAN 组成的网络。根据可用性和可靠性，使用有线或无线连接设置网络。

WAN 最常见的例子是互联网。

网络协议

网络协议是一组以简单、可靠和安全的方式管理信息交换的规则。在讨论用于通过网络传输和接收数据的最常见协议之前，我们需要了解网络的逻辑组织或设计方式。用于在两个系统之间建立开放通信的最流行的模型是ISO 提出的开放系统接口（OSI）模型。

开放系统互连模型

OSI 模型不是网络体系结构，因为它没有指定每一层的确切服务和协议。它只是通过定义其输入和输出数据来告诉每一层应该做什么。网络架构师应根据自己的需求和可用资源来实施各层。

这些是 OSI 模型的七层 -

• 物理层-它是物理连接需要通信的两个系统的第一层。它以位为单位传输数据，并通过调制解调器管理单工或双工传输。它还管理网络接口卡与网络的硬件接口，如布线、电缆端子、拓扑、电压水平等。

• 数据链路层- 它是网络接口卡的固件层。它将数据报组装成帧，并向每个帧添加开始和停止标志。它还解决了由损坏、丢失或重复帧引起的问题。

• 网络层- 它涉及工作站之间的路由、交换和控制信息流。它还将传输层数据报分解为更小的数据报。

• 传输层- 直到会话层，文件都以其自己的形式存在。传输层将其分解为数据帧，在网段级别提供错误检查，并防止快速主机超出较慢主机的运行速度。传输层将上层与网络硬件隔离。

• 会话层- 该层负责在想要交换数据的两个工作站之间建立会话。

• 表示层- 该层涉及数据的正确表示，即信息的语法和语义。它控制文件级安全性，还负责将数据转换为网络标准。

• 应用层- 它是网络的最顶层，负责将用户的应用程序请求发送到较低级别。典型应用包括文件传输、电子邮件、远程登录、数据输入等。

不必每个网络都具有所有层。例如，广播网络中不存在网络层。

当系统想要与另一个工作站共享数据或通过网络发送请求时，它会被应用层接收。数据经过处理后进入较低层，直到到达物理层。

在物理层，数据实际上是由目的工作站的物理层传输和接收的。在那里，数据经过处理后继续向上层传输，直到到达应用层。

在应用层，数据或请求与工作站共享。因此，每一层对于源工作站和目标工作站具有相反的功能。例如，源工作站的数据链路层向帧添加开始和停止标志，但目标工作站的同一层将从帧中删除开始和停止标志。

现在让我们看看不同层用来完成用户请求的一些协议。

TCP/IP

TCP/IP 代表传输控制协议/互联网协议。TCP/IP 是一组用于通过 Internet 进行通信的分层协议。该套件的通信模型是客户端-服务器模型。发送请求的计算机是客户端，接收请求的计算机是服务器。

TCP/IP 有四层 -

• 应用层- 使用 HTTP 和 FTP 等应用层协议。

• 传输层- 使用传输控制协议（TCP）以数据报的形式传输数据。TCP 负责在客户端分解数据，然后在服务器端重新组装。

• 网络层- 网络层连接是使用网络层的互联网协议（IP）建立的。每台连接到互联网的机器都通过协议分配一个称为IP地址的地址，以便轻松识别源机器和目标机器。

• 数据链路层- 使用网络层提供的目标地址，以位为单位的实际数据传输发生在数据链路层。

TCP/IP 广泛应用于 Internet 以外的许多通信网络。

文件传输协议

正如我们所看到的，对网络的需求主要是为了促进研究人员之间的文件共享。直到今天，文件传输仍然是最常用的设施之一。处理这些请求的协议是文件传输协议或FTP。

使用 FTP 传输文件在以下方面很有帮助 -

• 在两个不同网络之间轻松传输文件

• 如果协议配置正确，即使连接断开也可以恢复文件传输会话

• 实现地理上分散的团队之间的协作

购买力平价

点对点协议或 PPP 是一种数据链路层协议，支持通过串行连接（如电话线）传输 TCP/IP 流量。

为此，PPP 定义了这三件事 -

• 一种明确定义一帧结束和另一帧开始的成帧方法，还包含错误检测。

• 链路控制协议 (LCP) 用于启动通信线路、验证通信线路以及在不再需要时将其关闭。

• 网络控制协议（NCP）用于其他网络支持的每个网络层协议。

使用 PPP，家庭用户可以通过电话线连接互联网。

移动通信协议

任何不需要留在一个地方来执行其功能的设备都是移动设备。笔记本电脑、智能手机和个人数字助理都是移动设备的一些例子。由于其便携性，移动设备可以无线连接到网络。移动设备通常使用无线电波与其他设备和网络进行通信。在这里我们将讨论用于进行移动通信的协议。

移动通信协议使用多路复用来发送信息。多路复用是一种通过数据通道将多个数字或模拟信号组合成一个信号的方法。这确保了昂贵的资源和时间的最佳利用。在目的地，这些信号被解复用以恢复各个信号。

这些是通信通道可用的多路复用选项类型 -

• FDM（频分复用） - 这里为每个用户分配完整频谱中的不同频率。然后所有频率可以同时在数据通道上传播。

• TDM（时分复用） - 单个射频被分为多个时隙，每个时隙分配给不同的用户。因此可以同时支持多个用户。

• CDMA（码分复用） - 这里多个用户同时共享相同的频谱。通过为它们分配唯一的代码来区分它们。接收器具有唯一的密钥来识别各个呼叫。

全球移动通信系统

GSM 代表全球移动通信系统。GSM 是最广泛使用的数字无线电话系统之一。它于 20 世纪 80 年代在欧洲开发，现已成为欧洲、澳大利亚、亚洲和非洲的国际标准。任何带有 SIM（用户识别模块）卡的 GSM 手机都可以在使用该标准的任何国家/地区使用。每张 SIM 卡都有一个唯一的识别号。它具有用于存储应用程序和数据（例如电话号码）的存储器、用于执行其功能的处理器以及用于发送和接收消息的软件

GSM 技术使用 TDMA（时分多址）同时支持最多 8 个呼叫。它还使用加密来使数据更加安全。

国际标准使用的频率为900 MHz至1800 MHz，但美国使用的GSM手机使用1900 MHz频率，因此与国际系统不兼容。

码分多址

CDMA 代表码分多址。它在第二次世界大战期间首次被英国军队使用。战后，由于服务质量高，其使用扩展到平民地区。由于每个用户始终获得整个频谱，因此语音质量非常高。此外，它会自动加密，因此提供了针对信号拦截和窃听的高安全性。

WLL

WLL 代表本地环路无线。它是一种可以在家庭或办公室提供的无线本地电话服务。用户通过无线方式连接到本地交换机而不是中央交换机。使用无线链路消除了网络连接的最后一英里或第一英里建设，从而降低了成本和设置时间。由于数据传输距离很短，因此比有线网络更安全。

WLL系统由用户手机和基站组成。基站连接到中央交换机以及天线。该天线通过地面微波链路向用户发送呼叫并接收来自用户的呼叫。每个基站可以根据其容量支持多个手机。

GPRS

GPRS 代表通用分组无线服务。它是一种基于数据包的无线通信技术，根据用户发送的数据量而不是他们使用服务的持续时间来收费。这是可能的，因为 GPRS 通过网络以数据包形式发送数据，并且其吞吐量取决于网络流量。随着流量的增加，服务质量可能会因拥塞而下降，因此按传输的数据量向用户收费是合乎逻辑的。

GPRS 是第二代 (2G) 和第三代 (3G) 移动电话使用的移动通信协议。它承诺速度为 56 kbps 至 114 kbps，但实际速度可能会因网络负载而异。

通信技术 - 移动

自 1983 年摩托罗拉推出第一款商用手机以来，移动技术已经取得了长足的进步。无论是技术、协议、提供的服务还是速度，移动电话的变化都被记录为移动通信的一代。在这里，我们将讨论这些世代与前几代的区别的基本特征。

1G技术

1G 是指使用模拟信号传输数据的第一代无线移动通信。它于 20 世纪 80 年代初在美国推出，专为语音通信而设计。1G 通信的一些特征是 -

• 速度高达 2.4 kbps
• 语音质量差
• 电池寿命有限的大型手机
• 没有数据安全

2G技术

2G是指首次使用数字信号的第二代移动电话。它于 1991 年在芬兰推出，采用 GSM 技术。2G 通信的一些突出特点是 -

• 数据速度高达 64 kbps
• 可发送短信和彩信
• 比1G质量更好

当GPRS技术被引入时，它实现了网页浏览、电子邮件服务和快速的上传/下载速度。带有 GPRS 的 2G 也称为 2.5G，距离下一代移动技术还差一步。

3G技术

第三代移动电话 (3G) 始于新千年之初，与前几代相比取得了重大进步。这一代人的一些特征是 -

• 数据速度为 144 kbps 至 2 Mbps

• 高速网页浏览

• 运行基于 Web 的应用程序，例如视频会议、多媒体电子邮件等。

• 快速轻松地传输音频和视频文件

• 3D游戏

每枚硬币都有两个面。以下是 3G 技术的一些缺点 -

• 昂贵的手机
• 基础设施成本高昂，例如许可费和移动塔
• 基础设施建设需要经过培训的人员

中间一代 3.5G 将不同的移动电话和数据技术组合在一起，为下一代移动通信铺平了道路。

4G技术

为了跟上每十年新一代移动通信的趋势，第四代移动通信（4G）于2011年推出。其主要特点是 -

• 100 Mbps 至 1 Gbps 的速度
• 移动网络访问
• 高清手机电视
• 云计算
• 网络电话

电子邮件协议

电子邮件是全世界互联网最流行的用途之一。根据 2015 年的一项研究，全球有 26 亿电子邮件用户，每天发送约 2050 亿封电子邮件。由于电子邮件占据了互联网上如此多的流量，因此电子邮件协议需要非常强大。在这里，我们讨论一些全球最流行的电子邮件协议。

邮件传输协议

SMTP 代表简单邮件传输协议。它是面向连接的应用层协议，广泛用于发送和接收电子邮件消息。它于 1982 年由RFC 821引入，最后一次更新于 2008 年由RFC 5321进行。更新版本是使用最广泛的电子邮件协议。

邮件服务器和邮件传输代理使用SMTP发送和接收消息。但是，用户级应用程序仅将其用于发送消息。为了检索，他们使用 IMAP 或 POP3，因为它们提供邮箱管理

RFC 或Request for Comments是由互联网工程任务组和互联网协会联合发布的同行评审文档。它由研究人员和计算机科学家撰写，描述了互联网应该如何工作以及支持它们的协议和系统。

POP3

POP3或邮局协议版本 3是电子邮件客户端用于通过TCP/IP网络从邮件服务器检索电子邮件的应用层协议。POP 旨在将邮件从服务器移动到本地磁盘，但版本 3 可以选择在服务器上保留副本

POP3 是一种实现起来非常简单的协议，但这限制了它的使用。例如，POP3 仅支持每个邮箱使用一个邮件服务器。现在它已被IMAP等现代协议所淘汰。

IMAP

IMAP代表互联网消息访问协议。IMAP 由RFC 3501定义，使电子邮件客户端能够通过 TCP/IP 连接从邮件服务器检索电子邮件。IMAP 旨在从多个邮件服务器检索邮件并将它们全部合并到用户的邮箱中。一个典型的例子是企业客户通过其系统上的本地邮箱处理多个企业帐户。

所有现代电子邮件客户端和服务器（例如 Gmail、Outlook 和 Yahoo Mail）都支持 IMAP 或 POP3 协议。以下是 IMAP 相对 POP3 的一些优势 -

• 响应时间比 POP3 更快
• 多个邮件客户端同时连接到一个邮箱
• 跟踪消息状态，如已读、已删除、已加星标、已回复等。
• 在服务器上搜索消息

通信技术 - VoIP

VoIP 是Voice over Internet Protocol的缩写。它意味着通过互联网的电话服务。传统上，互联网用于交换消息，但由于技术的进步，其服务质量成倍提高。现在可以通过将语音数据转换为数据包来通过 IP 网络提供语音通信。VoIP 是一组为无缝提供此服务而开发的协议和系统。

以下是一些用于 VoIP 的协议 -

• H.323
• 会话发起协议 (SIP)
• 会话描述协议 (SDP)
• 媒体网关控制协议 (MGCP)
• 实时传输协议 (RTP)
• Skype协议

我们将在这里讨论两个最基本的协议 - H.323 和 SIP。

H.323

H.323 是一种 VoIP 标准，用于定义组件、协议和过程，以提供实时多媒体会话，包括通过分组交换网络进行音频​​、视频和数据传输。H.323 提供的一些服务包括 -

• 网络电话
• 可视电话
• 同时进行音频、视频和数据通信

啜

SIP 是会话发起协议的缩写。SIP 是一种用于建立、修改和终止多媒体会话（如 IP 电话）的协议。所有需要多媒体会话的系统都已注册并提供 SIP 地址，就像 IP 地址一样。使用此地址，呼叫者可以检查被呼叫者的可用性并相应地邀请其进行 VoIP 会话。

SIP 促进多方多媒体会话，例如涉及三人或三人以上的视频会议。在很短的时间内，SIP 已成为 VoIP 的组成部分，并在很大程度上取代了 H.323。

无线技术

如今，无线连接互联网非常普遍。通常，外部调制解调器连接到互联网，而其他设备则通过无线方式连接到它。这消除了最后一英里或第一英里布线的需要。有两种无线连接互联网的方式 - Wi-Fi 和 WiMAx。

无线上网

Wi-Fi是无线保真度的缩写。Wi-Fi 技术用于在设备和互联网服务提供商之间无需直接电缆即可实现互联网连接。设置 Wi-Fi 连接需要启用 Wi-Fi 的设备和无线路由器。这些是无线互联网连接的一些特征 -

• 射程100码
• 连接不安全
• 10-12 Mbps 的吞吐量

如果 PC 或笔记本电脑没有 Wi-Fi 功能，可以使用 Wi-Fi 卡添加。

通过 Wi-Fi 提供 Internet 访问的网络物理区域称为Wi-Fi 热点。热点可以设置在家里、办公室或任何公共场所，如机场、火车站等。热点本身通过电线连接到网络。

无线麦克斯

为了克服Wi-Fi连接的缺点，开发了WiMax（微波接入全球互操作性） 。WiMax 是基于IEEE 802.16 的无线通信标准的集合。WiMax 提供多种物理层和媒体访问控制(MAC) 选项。

WiMax 论坛成立于 2001 年，是负责确保各商业供应商之间的一致性和互操作性的主要机构。这些是 WiMax 的一些特征 -

• 宽带无线接入
• 范围 6 英里
• 可用多级加密
• 72 Mbps 的吞吐量

WiMax 单元的主要组件是 -

• WiMax 基站- 它是一个类似于移动塔的塔，通过高速有线连接连接到互联网。

• WiMax 用户单元 (SU) - 它是无线调制解调器的 WiMax 版本。唯一的区别是调制解调器通过电缆连接到互联网，而 WiMax SU 通过微波无线接收互联网连接。

网络安全

计算机网络是我们个人和职业生活不可或缺的一部分，因为我们通过互联网或本地组织网络进行大量日常活动。这样做的缺点是大量数据（从官方文件到个人详细信息）通过网络共享。因此，有必要确保数据不被未经授权的人员访问。

为监控和防止未经授权的访问和滥用网络资源及其数据而采取的做法称为网络安全。

网络有两个组件——硬件和软件。这两个组件都有自己的威胁脆弱性。威胁是可能利用网络弱点破坏安全并造成伤害的风险。硬件威胁的例子包括 -

• 安装不当
• 使用不安全的组件
• 来自外部源的电磁干扰
• 极端的天气条件
• 缺乏灾难规划

硬件威胁仅占全球网络安全威胁的 10%，因为这些组件需要进行物理访问。90% 的威胁来自软件漏洞。在这里我们讨论软件安全威胁的主要类型。

病毒

病毒是一种恶意程序或恶意软件，它会将自身附加到主机上并制作自身的多个副本（就像真正的病毒一样！），从而减慢、破坏或破坏系统。

病毒可能进行的一些有害活动是 -

• 占用内存空间
• 访问信用卡详细信息等私人信息
• 在用户屏幕上闪烁不需要的消息
• 损坏数据
• 向联系人发送垃圾邮件

病毒主要攻击Windows系统。直到几年前，Mac 系统还被认为不受病毒影响，但现在也存在少数病毒。

病毒通过电子邮件传播，需要宿主程序才能发挥作用。每当新程序在受感染的系统上运行时，病毒就会将自身附着到该程序上。如果您是修补操作系统文件的专家，它们也可能会被感染。

特洛伊木马

特洛伊木马是一种恶意软件，它将自身隐藏在游戏或文档等其他程序中并危害系统。由于它被隐藏在另一个看似无害的程序中，因此用户不会意识到威胁。它的功能与病毒类似，需要宿主程序来附着并以相同的方式危害系统。

特洛伊木马通过电子邮件传播，并通过硬盘驱动器或笔式驱动器交换数据。即使是蠕虫也可以传播特洛伊木马。

蠕虫

蠕虫是攻击者发送的自主程序，通过自我复制来感染系统。它们通常会感染连接到网络的多任务系统。蠕虫进行的一些有害活动包括 -

• 访问和转发系统上存储的密码
• 中断操作系统运行
• 中断系统提供的服务
• 安装病毒或特洛伊木马

垃圾邮件

电子垃圾邮件、未经请求的邮件或垃圾新闻编辑室帖子称为垃圾邮件。同时发送多封未经请求的邮件称为垃圾邮件。垃圾邮件通常是营销策略的一部分，旨在向广大人群宣传产品或分享政治或社会观点。

1978 年，加里·图尔克 (Gary Thuerk) 在阿帕网 (ARPANET) 上发送了第一封垃圾邮件，宣布推出新型数字设备公司计算机。它被发送给 393 名收件人，伴随着大量的呼声和呐喊，它也为公司带来了销售额。

几乎所有邮件服务器都提供通过将收到的邮件标记为垃圾邮件来阻止垃圾邮件的选项。您应该注意仅与值得信赖的人或网站共享您的电子邮件 ID，他们不会将其出售给垃圾邮件发送者。

通信技术 - 防火墙

存在多种方法来应对或至少减少安全威胁。其中一些是 -

• 对访问服务的用户进行身份验证
• 为授权用户提供访问权限
• 使用加密密码进行远程登录
• 使用生物识别授权参数
• 限制进出交通

防火墙是防止未经授权访问专用网络的第一道防线。它们可以有效地用于抵御病毒、特洛伊木马或蠕虫攻击。

防火墙如何工作

字典将防火墙定义为旨在抑制或防止火势蔓延的墙或隔断。在网络中，旨在保护内部网免受未经授权的访问的系统称为防火墙。使用万维网软件创建的专用网络称为Intranet。防火墙可以通过硬件和软件来实现。

所有进出网络的流量都通过防火墙进行路由。防火墙检查每条消息并阻止那些不符合预定义安全标准的消息。

这些是防火墙使用的一些流行技术 -

• 数据包级别过滤- 这里根据用户定义的规则检查每个数据包。它非常有效且对用户透明，但配置困难。此外，由于 IP 地址用于识别用户，恶意方的IP 欺骗可能会适得其反。

• 电路级过滤- 就像良好的旧电话连接一样，电路级过滤在两个系统之间建立连接时应用安全机制。一旦连接被认为是安全的，就可以为该会话进行数据传输。

• 应用程序级别过滤- 在这里，安全机制应用于常用的应用程序，如 Telnet、FTP 服务器、存储服务器等。这非常有效，但会降低应用程序的性能。

• 代理服务器- 顾名思义，代理服务器用于中断所有传入和传出消息并掩盖真实的服务器地址。

防火墙可以结合使用两种或多种技术来保护网络，具体取决于所需的安全程度。

通信技术 - Cookie

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