计算机网络概述

计算机网络概述

• 定义 ：计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，实现了远程通信、远程信息处理和资源共享。
• 功能 ：
  • 数据通信
  • 资源共享
  • 管理集中化
  • 实现分布式处理
  • 负载均衡

网络性能指标是指衡量网络运行效率和服务质量的量化标准。主要包括以下几个方面：

1. 速率：指数据传输的速度，通常用比特每秒（bps）来表示，例如10 Mbps（兆比特每秒）。

2. 带宽：指频带宽度或传送线路速率，是网络可以同时处理的最大数据量，通常以赫兹（Hz）或比特每秒（bps）为单位。带宽越大，可以同时传输的数据量就越多，传输速度也越快。

3. 吞吐量：指单位时间内网络中传输的数据量，用于衡量网络的处理能力，通常以每秒字节数（Bytes/s）或每秒比特数（bps）为单位。

4. 时延：指数据从发送到接收所需的时间，包括传播时延、处理时延和排队时延等。时延越小，数据传输越迅速。

5. 往返时间：指数据从发送到接收再返回发送端所需的时间，用于衡量网络的响应速度。往返时间越短，网络的交互性越好。

6. 利用率：指网络资源被使用的程度，表示网络设备和链路的繁忙程度。利用率越高，网络资源被充分利用；但过高也可能导致网络拥塞。

网络非性能指标

• 费用：网络建设和维护的成本。
• 质量：网络服务的可靠性和稳定性。
• 标准化：网络协议和标准的统一性。
• 可靠性：网络在各种条件下的稳定性和耐久性。
• 可扩展性：网络适应增长和变化的能力。
• 可升级性：网络硬件和软件更新的能力。
• 易管理性：网络的可监控和可配置性。
• 可维护性：网络的可维修性和故障排除能力。

通信技术

• 基础：计算机网络利用通信技术将数据从一个节点传送到另一个节点。

• 信道是数据传输的路径，可以分为物理信道和逻辑信道：

  • 物理信道：由传输介质（如双绞线、光纤、无线电波等）和传输设备（如交换机、路由器等）组成，直接负责物理层面的数据传输。根据传输介质的不同，物理信道又可以分为无线信道（如无线电波、红外光波）和有线信道（如双绞线、光纤）。

  • 逻辑信道：是在物理信道之上的虚拟线路，用于在数据发送端和接收端之间建立通信。逻辑信道可以是有连接的（如TCP，需要建立连接后才能传输数据）或无连接的（如UDP，不需要建立连接即可传输数据）。逻辑信道的存在使得通信更加灵活、高效，它依赖于物理信道来实现实际的数据传输。

• 发信机 ：负责将要发送的数据进行一系列处理，以便通过信道传输。

  • 信源编码：将源数据转换为适合传输的形式，提高传输效率。
  • 信道编码：添加冗余信息，提高数据传输的可靠性。
  • 交织：用于减少突发错误的影响。
  • 脉冲成形：将编码后的数据转换为适合传输的脉冲信号。
  • 调制：将脉冲信号转换为适合在信道中传输的物理信号。

• 收信机 ：负责接收并处理通过信道传输过来的数据。

  • 解调：将物理信号转换回脉冲信号。
  • 采样判决：将脉冲信号转换回数字信号。
  • 去交织：恢复交织处理前的数据顺序。
  • 信道译码：去除信道编码添加的冗余信息。
  • 信源译码：将编码后的数据还原成原始的源数据。复用技术

复用技术是在一条信道上同时传输多路数据的技术。**复用技术用于在同一信道上传输多路数据，重点是在物理层面上实现同一信道的有效使用。**常见的复用技术包括：

• 时分复用 (TDM): Time Division Multiplexing将时间划分为多个时隙，每个时隙用于传输一路数据，从而实现多路数据在同一信道上的并发传输。
• 频分复用 (FDM): Frequency Division Multiplexing将频率范围划分为多个子信道，每个子信道用于传输一路数据，适用于频带较宽的信道。
• 码分复用 (CDM): Code Division Multiplexing使用不同的码型来区分不同用户的数据，通过扩频技术使得多个用户可以在同一信道上同时传输数据。

想象一下，你有一条水管，这条水管足够大，可以同时让多个人用。复用技术就是在这个大水管里，通过不同的方法，让多个人同时用这条水管来传输水（在这里类比为数据）。

1. 时分复用 (TDM) :
   • 假设你和你的三个朋友用同一根水管，但是你们轮流使用。比如，你用1分钟，然后你的朋友A用1分钟，接着朋友B用1分钟，最后朋友C用1分钟。这样，每个人都有自己的时间片，可以在同一根水管里轮流传输水。
2. 频分复用 (FDM) :
   • 这次假设水管的不同部分有不同的颜色，对应不同的频率。你和你的三个朋友可以分别使用不同颜色的部分来传输水。这样，每个人都有自己的频率管道。
3. 码分复用 (CDM) :
   • 这个时候水管里没有颜色区分，但是每个朋友都有特殊的标志（例如，不同形状的水滴）。你们可以同时用这根水管来传输水，但是通过不同的标志来区分彼此的水。这样，即使水混合在一起，也可以通过标志找到各自的数据。

多址技术是在一条信道上同时传输多个用户数据的技术，通过特定的方式在接收端将多个用户的数据分离。多址技术用于在同一信道上同时接入多个用户，重点是用户之间的区分与数据的分离。常见的多址技术包括：

• 时分多址 (TDMA): Time Division Multiple Access将时间划分为多个时隙，每个时隙分配给一个用户，从而实现多个用户数据在同一信道上的并发传输。
• 频分多址 (FDMA): Frequency Division Multiple Access将频率范围划分为多个子信道，每个子信道分配给一个用户，适用于频带较宽的信道。
• 码分多址 (CDMA): Code Division Multiple Access使用不同的码型来区分不同用户的数据，通过扩频技术使得多个用户可以在同一信道上同时传输数据。

现在想象一下，你和你的三个朋友都在同一条街道上跑步，但是你们跑的路线是一样的。多址技术就是在这个公用跑道上，通过特定的方式，让你们可以在同一条跑道上跑步，但最终能够分辨出谁是谁。

1. 时分多址 (TDMA) :
   • 你们四个朋友在同一条跑道上跑步，但是你们轮流使用跑道，每个人都有自己的时间片。这样，每个人都可以在跑道上跑步，而不会互相干扰。
2. 频分多址 (FDMA) :
   • 这次假设跑道的不同部分有不同的颜色，对应不同的频率。你和你的三个朋友可以选择不同颜色的部分来跑步。这样，每个人都在跑道的不同部分跑，不会互相干扰。
3. 码分多址 (CDMA) :
   • 这次跑道没有颜色区分，但是每个人都有自己特殊的跑步方式（例如，不同的步频和步长）。你们可以在同一条跑道上同时跑步，但通过不同的跑步方式来区分彼此。这样，即使你们的路线相同，也可以通过跑步方式找到各自的人。

• 复用技术更侧重于利用同一信道来传送多个数据流，而多址技术则更侧重于如何让多个用户在同一个信道上进行交互。
• 复用技术和多址技术相辅相成，共同提高了信道的利用效率，确保了数据可以高效的传输与接入。

5G技术特征

1. 优化波形和多址接入：

   1. 这就像是改进了声音的传播方式，并且设计了更先进的方法让多个人同时说话，但彼此不会干扰。

2. 可扩展的OFDM间隔参数配置：

   1. OFDM（正交频分复用）是一种将数据分成多个小部分，通过不同的频率同时传输的技术。可扩展的配置意味着可以根据不同的网络需求调整这些小部分的传输方式，更加灵活。

3. OFDM加窗提高多路传输效率：

   1. 在OFDM的基础上，加窗技术就像是给每个数据小部分穿上了一件特别设计的衣服，这样可以减少小部分之间的干扰，让更多的数据可以高效传输。

4. 灵活框架设计：

   1. 这就像是设计了一个可以根据不同需求随意调整的网络架构，能够更好地适应各种应用场景和网络变化。

5. 大规模MIMO：最多256根天线：

   1. MIMO（多输入多输出）技术使用多个天线来发送和接收数据，大规模MIMO意味着使用大量天线（最多256根），可以显著提高数据传输的效率和速度。

6. 毫米波：频率大于24GHz：

   1. 毫米波是一种频率非常高的电磁波，用于无线通信。毫米波通信可以提供极高的传输速率，但是传输距离相对较短。

7. 频谱共享：

   1. 频谱共享就像是让多个用户共享一个大浴缸，每个人都可以在里面游泳，但又不会互相影响。在5G网络中，频谱共享可以提高频谱的使用效率，让更多的设备同时使用。

8. 先进的信道编码设计：

   1. 信道编码可以理解为给数据穿上一层保护衣，即使在传输过程中遇到干扰，数据也能被准确地接收和解码。先进的信道编码设计可以提供更好的数据保护，减少错误。

9. 主要特征：服务化架构、网络切片：

   1. 服务化架构意味着5G网络可以根据不同的需求提供不同的服务，就像一个餐厅可以根据顾客的不同口味提供不同的菜品。
   2. 网络切片则是将一个物理网络切分成多个虚拟的网络，每个虚拟网络可以独立运行，适用于特定的应用场景，比如自动驾驶、远程医疗等。

计算机网络划分

• 按分布范围和拓扑结构划分：
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  • 总线型拓扑结构：

    • 特点：所有节点通过一条共享的通信线路（总线）进行通信。
    • 比喻：想象一个公共广播系统，每个人都可以讲话，但一次只能一个人讲话，其他人只能听。如果广播线路坏了，所有人都无法通信。
    • 优点：简单易用，成本低。
    • 缺点：当用户增多时，干扰和冲突增加，利用率降低。

  • 星型拓扑结构：

    • 特点：所有节点通过一个中央设备（如交换机）进行通信。
    • 比喻：类似于一个电视网络，所有用户只能通过一个中央电视台接收节目。如果中央电视台出了问题，所有用户都无法接收节目。
    • 优点：易于管理和维护，扩展容易。
    • 缺点：如果中心设备（交换机）出现故障，整个网络会瘫痪。

  • 环型拓扑结构：

    • 特点：每个节点连接成一个闭合环，数据沿着环的方向流动。
    • 比喻：想象一个环形的跑步赛道，选手只能按顺时针方向跑步。如果赛道某段坏了，选手无法绕过，效率降低，且扩充赛道难度大。
    • 优点：结构简单，易于实现。
    • 缺点：数据流动方向固定，如果某个节点故障，可能会影响整个环的数据流动，且扩充困难。

  • 树型拓扑结构：

    • 特点：由多个星型网络连接而成，形成分级结构。
    • 比喻：类似于公司的组织结构，每个部门（子网）都有一个负责人（交换机），但这些负责人又由一个更高级别的负责人（根交换机）管理。
    • 优点：易于管理和维护，扩展性相对较好。
    • 缺点：如果某个关键节点（交换机）故障，可能影响其下级的所有节点。

  • 分布式拓扑结构：

    • 特点：各个节点可以任意连接，形成网状结构。
    • 比喻：类似于一个复杂的交通网络，每个道路交叉口（节点）都可以互相连接，但管理复杂，成本高。
    • 优点：可靠性高，没有单点故障。
    • 缺点：管理难度大，成本较高。

局域网拓扑结构

• 星型结构：想象一个太阳和围绕它旋转的行星。太阳就像是网络中的交换机或路由器，所有的行星（即计算机或其他网络设备）都直接与太阳连接。如果太阳（交换机或路由器）出现问题，所有的行星（设备）都无法正常工作，这就是为什么星型结构一旦中心设备损坏会导致整个网络瘫痪。

  以太网 ：以太网是一种局域网组网技术，它使用IEEE802.3协议。这个协议定义了数据包的结构，就像是一本规则手册，告诉每个计算机如何发送和接收数据。每个数据包都有固定的格式，包括目的MAC地址（目标行星的编号）、源MAC地址（发送行星的编号）、长度/类型（数据包的大小和类型）、数据填充（数据本身的载货）和校验（确保数据没有在旅途中受损）。数据包的最小长度是64字节，就像每个数据包都有一个最小的体积，确保发送和接收的效率。

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  无线局域网WLAN ：在无线局域网中，设备通过无线电波连接，而不是通过物理的线缆。常见的拓扑结构包括点对点型（两个设备之间直接连接，就像两个人直接对话，效率高但范围小）、HUB型（多个设备都连接到一个中心设备，就像一个网关，扩展容易但效率可能较低）和全分布型（设备之间可以任意连接，就像一个自由市场，灵活性高但管理复杂）。WLAN使用IEEE802.11标准，这个标准定义了无线设备如何相互交流和传递数据。

广域网技术

• 同步光网络(SONET)：Synchronous Optical Networking，SONET是一种用于通过光纤传输数字信号的标准，它能够以高速度传输大量的数据。SONET提供了同步传输的机制，能够确保数据以固定的时间间隔进行传送，适合于高带宽和长距离传输的应用，广泛用于电信网络中。

想象一下，SONET就像是一个非常规整的火车轨道。火车（数据）在轨道上以固定的间隔和速度行驶，无论火车载了多少货物，它都会按照预定的时间表准时到达目的地。这种高精度的传输方式非常适合长距离和高带宽的数据传输，比如在电信公司用来连接远距离的网络节点。

• 数字数据网(DDN)：Digital Data Network，DDN是一种网络服务，主要用于提供半永久性连接的电路，以实现数据的可靠传输。它通常用于企业或机构之间的连通，适合于点对点的数据通信需求。DDN可以确保较高的传输质量和稳定性。

DDN可以比作是专为特定企业或机构设计的私人高速公路。这条公路只给特定的用户使用，保证了这些用户的数据能够稳定、快速地从一个点传输到另一个点。这种点对点的连接方式适合需要稳定传输的企业，但它成本较高，因为它是专门为这些用户设置的"半永久性"连接。

• 帧中继(FR)：Frame Relay，帧中继是一种数据包交换技术，它通过在网络中传输封装成帧的数据包来实现高效的数据传输。帧中继适合于点对点和多点连接，广泛用于局域网和广域网之间的连接，能够提供灵活的带宽管理和网络资源的高效利用。

帧中继更像是一个公共的高速公路系统，只不过它不是连续的，而是通过一个个"帧"来传输数据。每个"帧"都像一辆车，装载了数据后驶往下一个节点。帧中继的优势在于它的灵活性，它可以适应不同的带宽需求，而且效率高，适合需要快速、灵活数据传输的场景。

• 异步传输技术(ATM)：Asynchronous Transfer Mode，是一种面向连接的分组交换技术，以固定大小的信元（53字节）进行数据传输。它支持多种服务类型，包括语音、视频和数据的传输，适合于高性能的网络环境。ATM的复用性和灵活性使其在需要不同类型流量的网络中得到广泛应用。

ATM技术可以想象成是一种"散装"运输系统。在这种系统中，所有的货物（数据）都被分割成固定大小的小箱子（信元），这些小箱子会被送到不同的目的地。ATM的优点在于它能够处理多种类型的流量（如语音、视频、数据），并且在需要时可以提供高质量的服务。虽然ATM技术曾经非常流行，但在现代网络中，它的应用已经大大减少了。

选择哪种技术主要取决于以下几个因素：

1. 传输距离：SONET适合长距离传输，而DDN、帧中继和ATM则可以在较短距离内高效工作。
2. 带宽需求：SONET提供高带宽，帧中继和ATM可以提供灵活的带宽管理。
3. 服务质量：DDN提供稳定、高质量的服务，帧中继和ATM能够根据需求提供不同的服务质量。
4. 成本：DDN因为是专为特定用户设计的，成本相对较高；而SONET、帧中继和ATM则可以根据不同的应用需求提供不同级别的服务，成本也会有所不同。
   双绞线（Twisted Pair）是一种由多根铜线按规则缠绕在一起的通信介质，主要用于减少干扰。它分为两种类型：无屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair, UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair, STP）。

• 无屏蔽双绞线（UTP）：价格较低，安装简便，但相对于STP，其抗干扰能力稍弱，可靠性相对较低。UTP有多种类别，适用于不同的传输速率和环境需求。

  • CAT3：传输速率可达10Mbps，适用于语音通信和低带宽数据传输。
  • CAT4：理论上传输速率可达16Mbps，但由于市场上缺乏实际应用，该标准很少使用。
  • CAT5：传输速率可达100Mbps，适用于一般的办公室网络。
  • CAT5E：传输速率可达1000Mbps（即1Gbps），相比于CAT5，其抗干扰性能更好，适用于需要更高传输速率的环境。
  • CAT6：传输速率同样可达1000Mbps，但与CAT5E相比，CAT6具有更高的抗干扰性能和更好的信噪比，适合对网络性能要求较高的场景。

• 屏蔽双绞线（STP）：通过增加一层屏蔽层来增强抗干扰能力，提供更高的传输可靠性，但同时也增加了成本和安装难度。STP适用于对传输可靠性要求较高的场合，如工业环境或存在强电磁干扰的区域。

双绞线就像是一束扭在一起的电线，这样可以减少外界干扰，保证信号的稳定传输。想象一下，如果你有一条普通的绳子（单根电线），风吹草动都可能让它摆动，信号容易丢失。但如果你把好几条绳子扭在一起（多根电线缠绕），它们就能互相"抵消"外界的力量，保持稳定。

UTP就像是最简单的扭在一起的绳子。它价格便宜，安装也方便，但防风的能力稍弱，所以信号不太稳定。这种类型的双绞线我们有几种不同的版本（CAT3, CAT5, CAT5E, CAT6），就像有不同粗细的绳子，可以拉更重的东西。CAT3能拉10Mbps的东西，CAT5能拉100Mbps的东西，CAT5E和CAT6都能拉1000Mbps的东西，但CAT5E和CAT6的防风能力更强，可以更好地稳定地拉重东西。

STP则是在这些扭在一起的绳子外面再包一层防风的外套（屏蔽层）。这样看起来更复杂，成本也更高，安装起来也更麻烦，但能够极大地减少外界干扰，保证信号的传输非常稳定。这种类型的双绞线适合在风很大的地方使用，比如工业区或者电磁干扰特别强的地方，就像在强风中拉绳子，必须有个外套来保护。

直通线（Straight-through Cable）

直通线两头都采用相同的接线标准，这意味着每一端的线序是完全一致的。直通线通常用于连接不同类型的设备，比如计算机和交换机，或者计算机和路由器的不同端口。

应用场景示例：

• 计算机到交换机：计算机的网卡（通常使用RJ45接口）和交换机的端口（也使用RJ45接口）可以使用直通线进行连接。
• 计算机到路由器：计算机的网卡和路由器的LAN端口也可以使用直通线连接。

交叉线（Crossover Cable）

交叉线两头采用不同的接线标准，这意味着一端的特定线序与另一端的线序是交换的。交叉线主要用于连接相同类型的设备，比如计算机到计算机，或者交换机到交换机。

应用场景示例：

• 计算机到计算机：如果需要直接连接两台计算机，两台计算机的网卡之间就需要使用交叉线，因为它们都是发送设备。
• 交换机到交换机：两个交换机之间的连接也需要使用交叉线，以确保数据可以在它们之间正确地传输。

线序标准

常见的线序标准有以下两种：

1. T568A：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕。
2. T568B：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕。

直通线的T568A与T568B连接方式：

• 一端使用T568A线序，另一端同样使用T568A线序。
• 或者一端使用T568B线序，另一端同样使用T568B线序。

交叉线的T568A与T568B连接方式：

• 一端使用T568A线序，另一端使用T568B线序。
• 或者一端使用T568B线序，另一端使用T568A线序。
  同轴电缆是一种用于传输数据和信号的电缆，其中包含一个中心导体，周围包裹着绝缘层、屏蔽层和外层保护层。同轴电缆分为两种主要类型：粗同轴电缆（Coaxial Cable）和细同轴电缆（Thin Coaxial Cable），它们在网络中的应用和特点有所不同。

粗同轴电缆（RG-11 或 RG-6）：

• 传输距离：可以传输较长距离的数据，通常在几百米到几千米之间。
• 信号稳定性：信号传输稳定，不容易受到外界电磁干扰。
• 应用场景：主要用于电视广播、有线电视网络和早期的局域网（LAN）。现在在这些领域中仍然有使用，特别是在电视传输和闭路监视系统中。
• 特点：直径较大，安装和更换相对困难，价格较高，因此逐渐被淘汰。

细同轴电缆（RG-58 或 RG-59）：

• 传输距离：传输距离较短，大约在185米左右。
• 信号稳定性：信号传输也相对稳定，但不如粗同轴电缆。
• 应用场景：主要用于早期的以太网和局域网连接，以及一些小范围的电视信号传输。
• 特点：直径较小，比较轻便，安装和更换相对容易，但由于传输距离较短，且在现代网络中以双绞线和光纤为主，细同轴电缆也逐渐被淘汰。

帮助记忆：

• 同轴电缆的线芯是金属，周围包裹着绝缘层和屏蔽层，最外层是保护层。这种结构使得同轴电缆具有良好的抗干扰性能。
• 细同轴电缆被称为"细同"，因为它直径较小，安装比较方便，但是传输距离有限。
• 粗同轴电缆被称为"粗同"，虽然安装和更换相对困难，但是可以传输更远的距离，信号也更稳定。

总的来说，同轴电缆适合在需要长距离、稳定信号传输的环境中使用，如电视广播和监视系统，但随着技术的发展，双绞线和光纤因其更高的传输速率和更灵活的安装方式，已经成为了现代网络的主要选择。
光纤是一种利用细长透明的玻璃或塑料纤维来传输信息的通信介质。它通过将电信号转换为光信号，能够在长距离内高效地传输数据，广泛应用于现代通信网络中。

光纤的组成

• 纤芯：这是光纤的中心部分，负责传输光信号。纤芯通常由高纯度的玻璃或塑料制成。
• 包层：紧邻纤芯，具有略小的折射率，可以将光信号约束在纤芯内，防止信号泄露。包层也由透明材料制成。

光纤的传输方式

光纤利用光的全反射原理来传输信息。当光信号从一端输入到纤芯时，由于纤芯和包层之间的折射率差，光会在纤芯内不断反射，直到到达另一端。这种传输方式使得光纤具有极高的传输速率和较长的传输距离。

多模光纤 (MMF) 和 单模光纤 (SMF)

• 多模光纤 (MMF) ：纤芯的直径相对较大，可以支持多个模式（路径）的光同时传输。这些模式之间的干扰会导致信号色散，采用发光二极管LED 为光源，成本低，降低传输效率和可靠性。其传输距离与传输速率相关，速率为100Mbps时为2KM，速率为1000Mbps时为550m。因此，MMF通常用于短距离传输，如建筑物内部的网络连接。
• 单模光纤 (SMF) ：纤芯的直径非常小，采用激光二极管LD作为光源，并且只支持激光信号的传播，只允许单一模式的光通过。由于没有模式间的干扰，单模光纤具有较低的色散和更高的传输效率，能够支持更长距离的传输，适用于远距离的通信网络，比如城市间的连接。传输距离可达5KM。

形象解释

想象一下，多模光纤像是一个宽阔的大马路，上面有多个车道，虽然可以同时容纳很多车辆，但车道间的干扰会导致交通堵塞，影响效率。而单模光纤则像是一个狭窄的高速公路，只有一个车道，车辆可以直线行驶，交通更加顺畅，效率更高。
无线信道是指在不需要实体连接线的情况下，通过空间传播数据的通信方式。无线信道主要使用两种类型的波：无线电波和红外光波。

1. 无线电波：无线电波是一种电磁波，频率范围非常广，从低频到高频都有。在通信中，无线电波常用于长距离和大范围的无线通信，如无线电信、广播、手机通信等。无线电波具有传播距离远、穿透力强等特点，但可能会受到环境因素（如障碍物、天气等）的影响，导致信号衰减或干扰。

2. 红外光波：红外光波也是电磁波的一种，频率介于微波和可见光之间。红外通信通常用于短距离的点对点通信，比如遥控器控制电视或无线鼠标。红外光波的优点是设备成本较低，易于实现，但是它的传播距离通常较短，且容易被障碍物阻挡。

数据通信是指发送方发送数据到接收方，这个传输过程可以分类如下：

• 单工：只能由设备A发给设备B，即数据流只能单向流动。
• 半双工：设备A和设备B可以互相通信，但是同一时刻数据流只能单向流动。
• 全双工：设备A和设备B在任意时刻都能互相通信。
  **同步方式：**异步传输、同步传输、同步传输、并行传输。

1. 异步传输： 发送方每发送一个字符，需要约定一个起始位和停止位插入到字符的起始和结尾处，这样当接收方接收到该字符时能够识别，但是这样会造成资源浪费，传输效率降低。就像你每送一个水果，都会在它前面放一个红色的球（起始位），在它后面放一个蓝色的球（停止位）。这样，接收方看到红色的球就知道一个新的水果要来了，看到蓝色的球就知道这个水果已经结束了。虽然这种方法能让接收方准确地知道每个水果的开始和结束，但是每次传输水果之前都要放上红色的球，每次传输之后都要放上蓝色的球，这就相当于浪费了大量的红色球和蓝色球，效率低下。

2. 同步传输： 以数据块为单位进行传输，当发送方要发送数据时，先发送一个同步帧，接收方收到后做好接收准备，开始接收数据块，结束后又会有结束帧确认，这样一次传输一个数据块，效率高。你先送出一个绿色的大球（同步帧），告诉接收方："嘿，接下来我要送一篮子水果过来了，做好接收的准备！"接收方看到绿色的大球就知道准备接收。然后，你开始送水果，送完了之后再送一个黄色的大球（结束帧），告诉接收方："我已经把水果全部都送过来了，你可以检查一下了。"这种方法不需要每个水果都加上额外的标记，只需要在开始和结束的时候标记一下，效率比异步传输高很多。

3. 串行传输： 只有一根数据线，数据只能1bit挨个排队传送，适合低速设备、远距离的传送，一般用于广域网中。你只有一个传送带，每次只能传送一个水果，一次只能传送一个水果的一部分，比如先传送水果的底部，然后再传送上面的部分，直到所有的部分都传过来。这种方法适合传送距离比较远或者传送速度要求不高的情况，比如通过快递邮寄水果，因为这样可以减少对传送带的负担，保证每个部分都能安全地到达。

4. 并行传输： 有多根数据线，可以同时传输多个bit数据，适合高速设备的传送，常用于计算机内部各硬件模块之间。你有多个传送带，可以同时传送多个水果的不同部分。这样，一个水果可以在较短的时间内传送到接收方，整体的传输速度快了很多。这种方法适合高速设备之间的传输，比如在计算机内部，不同硬件模块之间可以使用多条数据线同时传送数据，这样可以大大加快数据处理的速度。
   **交换方式：**电路交换(线路交换)、报文交换、分组交换。

5. 电路交换(线路交换)：通信一方进行呼叫，另一方接收后，在二者之间会建立一个专用电路，特点为面向连接、实时性高、链路利用率低、但没有差错检测，不可靠，一般用于语音视频通信。电路交换就像两个人通过电话交谈。当你拨打对方电话时，电信网络会在你们之间建立一条专用的通信线路，就像在你们两个之间拉了一条绳子，直到通话结束才会拆掉这条绳子。这种方式的优点是实时性强，通话质量好，因为数据没有经过中间的存储和转发，直接通过专用线路传输。但是，如果在这段时间内你们没有持续交谈，这条线路就被空置了，造成了资源浪费，也就是链路利用率低。

6. 报文交换：以报文为单位，存储转发模式，接收到数据后先存储，进行差错校验，没有错误则转发，有错误则丢弃，因此会有延时，但可靠性高，是面向无连接的。你将信件（数据）写好后，投递员会先将信件存储起来，等到有空闲的邮车才会发送。在发送过程中，邮局会对信件进行检查，确保没有错误。如果信件没有错误，则会被送到接收方；如果有错误，则会被丢弃。这种方式的优点是可以提供较高的可靠性，因为有差错检测机制。但是，因为需要存储和检查整个信件，所以会有一定的延迟，而且是面向无连接的，也就是说，每个信件都是独立处理，不保证顺序。

7. 分组交换：以分组为单位，也是存储转发模式，因为分组的长度比报文小，所以时延小于报文交换，分组交换则类似于将信件分成小块（分组）后分别发送。每个分组像一个小包裹，上面标有地址和序列号。在发送之前，小包裹会被存储起来，然后按照网络状况分批发送。接收方会根据序列号将这些小包裹重新组合成完整的信件。这种方式的优点是可以减小延迟，因为分组比报文小，所以处理起来更快。此外，分组交换也是面向无连接的，但通过序列号可以保证接收方收到的分组是按顺序的，从而重组出完整的数据。分组交换网络还能进行流量控制和拥塞避免，提高网络资源的利用率。又可分为三种方式：

数据报：是现在主流的交换方式，各个分组携带地址信息，自由的选择不同的路由路径传送到接收方，接收方接收到分组后再根据地址信息重新组装成原数据，是面向无连接的，但是不可靠的。

虚电路：发送方发送一个分组，接收放收到后二者之间就建立了一个虚拟的通信线路，二者之间的分组数据交互都通过这条线路传送，在空闲的时候这条线路也可以传输其他数据，是面向连接的，可靠的。

信元交换：异步传输模式ATM采用的交换方式，本质是按照虚电路方式进行转发，只不过信元是固定长度的分组，共53B，其中5B为头部，48B为数据域，也是面向连接的，可靠的。

• 虚电路交换：就像是在邮政系统中先预定了一条虚拟的线路，然后沿着这条线路发送多个包裹（分组）。这种方式的优点是可以保证分组按顺序到达，类似于电路交换的可靠性。

• 数据报交换：每个分组都是独立处理的，就像每个包裹都单独安排运输，不需要预先建立虚拟线路。这种方式的优点是灵活，可以更好地适应网络变化，但是不能保证分组的顺序。

• 帧中继：可以看作是介于虚电路交换和数据报交换之间的一种方式。分组在发送前会先创建一个虚电路，但是发送过程中分组是独立的，不需要保持顺序。这种方式在网络资源利用和灵活性之间提供了一个很好的平衡。