网络与数据通信概述
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发布时间: 2025-08-14 01:36:50 阅读量: 9 订阅数: 25 
计算机系统与网络通信精要
# 网络与数据通信概述
## 1. 网络与数据通信的重要性
在当今时代，数据以分布式的方式存储和供应，网络让我们能够随时随地访问这些数据。这里所说的“数据”含义广泛，涵盖程序、传统数据、电子邮件、音乐、流媒体视频、即时消息、手机短信、网络电话等，只要是能用比特和字节进行通信的内容都包含在内。
这种通过庞大网络设施存储和访问数据的能力，彻底改变了我们获取知识的方式，对个人生活质量以及企业的业务流程和能力都产生了重大影响。具体表现如下：
- **个人层面**：
- 我们可以在线查询银行账户并支付账单。
- 外出就餐时，能在智能手机上查看餐厅评价。
- 在 facebook.com 上进行社交活动，在 twitter.com 上表达自己的想法，在 linkedIn.com 上拓展职业人脉。
- **组织层面**：
- 我们通过访问文件、数据库和 Web 服务来完成日常工作。
- 利用云服务备份工作成果并运行应用程序。
- 一些公司结合传统商业实践和网络访问，创造出几年前难以找到和获取的产品和服务。例如，亚马逊和 eBay 构建的商业模式，让用户通过网络就能在其在线商店中访问大量商品；福特和丰田等公司利用网络与供应商、经销商和客户进行沟通与协作，同步业务流程，从而改进生产和产品。
- 音乐和视频可以从媒体服务中下载，并存储在可随身携带的小型便携式设备上播放。原本仅在有限地区供应的商品，现在在全球范围内都能轻松获取。营销和广告也能根据个人需求和位置进行本地化定制。我们还能从维基百科和谷歌等信息资源中查找和获取信息。
此外，人际通信也发生了巨大变化，短信、电子邮件、即时通讯、社交网络、网络电话、多人在线游戏、协作工作工具、实时视频会议等，将计算机从高性能计算器转变为几乎无处不在的通信设备。而所有这些功能都依赖于能够方便接入网络的计算设备。因此，在考虑现代信息系统基础设施时，数据通信技术是不可或缺的基本组成部分。
尽管现代计算涉及复杂的交互，但大部分复杂性源于操作中各计算机之间发送的大量简单消息，而非通信基本过程本身固有的复杂性。实际上，网络的基本概念可以归结为几个简单的基本思想，就像复杂的程序是由构成基本计算机程序操作的简单指令构建而成一样。无论整体通信多么复杂，最终都可以简化为一系列单独的“消息”，每个消息都是源计算设备与一个或多个接收计算设备之间的通信。
## 2. 数据通信的简单视角
### 2.1 与 I/O 方法的相似性
数据通信与我们已经介绍过的 I/O 方法有相似之处。在每种情况下，计算机应用程序都会以“消息”的形式向其他设备发送数据或接收数据。例如，在“小矮人计算机”中，“消息”是三位数的数字，通过输入和输出篮作为通信通道与用户进行“通信”。这种通信包含两个要素：发送给或从正在执行的应用程序接收的消息（三位数数字），以及交换媒介（I/O 篮）。这里有一个重要假设，即用户和程序都理解“协议”，具体来说，就是代表“消息”的三位数数字的含义。
### 2.2 从传统电话服务看数据通信起源
普通老式电话服务（POTS）也能让我们了解数据通信的起源。其目标同样是两个终端用户之间的“消息”通信，这里的消息就是用户之间的对话。不过，这种情况下承载消息的媒介更为复杂。假设使用“固定电话”服务，铜缆（或者可能是光纤电缆）会将电话连接到中央办公室，中央办公室的交换机制会将你的线路连接到你要通信的对方线路。尽管由于需要为大量可能同时希望通信的潜在用户提供服务，通信通道存在额外的复杂性，但主要的概念组件是相同的，即用户要共享的消息和在用户之间传输消息的通道。这里也存在隐含的“协议”，即假设两个用户使用共同的语言进行交流。对于电话系统，还有更微妙的协议来确定如何建立连接，以及以“地址”（具体来说就是电话号码）的形式确定用户身份的标准。以下是一个简单本地交换电话系统的布局示意图：
```mermaid
graph LR
A[用户电话 1] -->|铜缆或光纤电缆| C[中央交换局]
B[用户电话 2] -->|铜缆或光纤电缆| C
```
### 2.3 数据通信的基本要素
通过上述两个例子，虽然看似简单肤浅，但它们确立了数据通信的三个基本要素：
- 发送者和接收者之间传递的数据代表着通信各方要共享的消息。
- 必须有一个能够可靠地传输消息的通信通道。
- 必须存在协议，为发送者和接收者都能理解的消息赋予准确和恰当的含义。
### 2.4 Web 浏览器与 Web 服务器通信示例
作为更贴近现实世界的数据通信示例，我们来看 Web 浏览器与 Web 服务器之间的通信。在这种情况下，浏览器发送的消息是请求服务器发送一个 Web 页面。如果一切正常，服务器的响应消息就是要在浏览器上显示的 Web 页面。这种通信使用的标准协议是超文本传输协议（HTTP），以下是一个 HTTP 请求和响应的格式示例：
```plaintext
GET /webapps/login/ HTTP/1.1
Host: blackboard.bentley.edu
Date: Wed, 23 Jul 2008 22:01:44 GMT
User–Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; en–US; rv:1.8.1.16) Gecko/20080702 Firefox/2.0.0.16
Connection: close
HTTP/1.1 200 OK
Date: Wed, 23 Jul 2008 22:01:46 GMT
Server: Apache/1.3.37 (Unix) mod_ssl/2.8.28 OpenSSL/0.9.8d mod_jk/1.2.21
X–Blackboard–product: Blackboard.Academic.Suite™ 7.2.383.23
Pragma: no–cache
Cache–Control: no–cache
Set–Cookie: session_id=@@C296D067A2A703542F0C959C25314FFE
Set–Cookie: JSESSIONID=0115BEF92808AF234DD8843E509AD2BD.root; Path=/webapps/login
Connection: close
Transfer–Encoding: chunked
Content–Type: text/html;charset=UTF–8
<HTML content>
```
浏览器的请求由关键字 GET（当然是 ASCII 或 Unicode 编码）开头，后面跟着从统一资源定位符（URL）推导得出的主机计算机上 Web 服务器的位置，在这个例子中是 /webapps/Login/。请求还包含浏览器使用的 HTTP 版本（HTTP/1.1）、服务器
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