开发者学习笔记【阿里云物联网助理工程师认证（ACA）：有线通信网络技术及常用场景（一）】
课程地址：https://edu.aliyun.com/course/3112060/lesson/18973
有线通信网络技术及常用场景（一）
内容介绍：
一、以太网通信技术及常用场景
二、光纤通信
三、总线的通信技术
四、PLC 通讯技术
课程目标
学习完节课程后，你将能够:
1.了解以太网通信技术及常用场景
2.了解光纤通信技术及常用场景
3.了解总线通信技术及常用场景
4.了解PLC通信技术及常用场景
一、以太网通信技术及常用场景
1、以太网技术
以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范。在 IEEE802.3中定义了以太网的标准协议。搭建一个局域网，组建一个以太网，使用以太网这种技术规范去组建一个网络。不是说这个网络是以太网，是使用以太网技术去组建这个网络。
以太网技术是由 Xerox 公司创建，并由 Xerox、Inter 和 DEC 公司联合开发的基带局域网规范。
传统的以太网使用 CSMA/CD 技术。这个技术是波载监听多路访问及冲突检测技术。以十兆每秒的速度可以运行在多种类型的电缆上。以太网技术是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网、FDDI 和 ARCNET。
2、以太网的分类
第一个是快速以太网，即百兆以太网，它在保持帧格式 MAC 机制和MTU 质量的前提下，速率比10 Base-T 的以太网增加了十倍。10 Base-T 中10表示十兆比特每秒。Base表示，基带传输。T 代表双绞线。每段双绞线的最大有效长度100米。如果采用高质量的双绞线，最大长度可达150米。快速以太网它的速度是10 Base-T 的以太网十倍。也就是说它的每秒传输速度是100兆。所以我们把它称之为百兆以太网。
第二个是千兆以太网。提供1Gbps的通信宽带，它的连接介质主要是以光纤为主,最大的传输距离可以达到80千米，可用于 MAN 的建设。MAN 的建设一般指全域网的建设。全域网是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，属于宽带局域网。将同一个城市，不同地点的主机数据库以及 LAN 等互相连接起来。与广义网有相似的地方。
第三个是万兆以太网，它和千兆以太网类似，保留了以太网帧结构。它通过不同的编码方式或者波分复用，提供10GB 的每秒传播速度。第四个是光纤以太网，借助以太网设备，采用以太网数据包，实现WAN 的通信业务。WAN 表示广域网适用于任何光传输网络。可以实现10Mbps，100Mbps 以及1Gbps 等标准以太网速度。(WAN 表示广域网，广域网通常由许多交换机组成，交换机之间采用点到点线路连接，几乎所有的点到点通信都可以用来建立广域网。包括租用线路、光纤、微波、卫星线道）
3、以太网CSMA/CD技术
是带冲突检测的载波侦听多路访问技术。这种技术规定了多台电脑共享一个信道的方法，要比令牌环网或者主控制网要简单。
通讯规则
假如局域网内有多台计算机要进行通讯。那么它们通信规则是按照以下六步来进行实现。
第一步检测线路是否空闲。如果线路空闲，那么就启动数据传输。如果线路正在被其它局域网电脑使用，那么就转到第四步等待。如果启动了传输。
第二步数据发送。在数据发送的过程中，它也会时刻对线路进行检测。看一下有没有其他电脑在发送数据，如果有，它就立即停止发送数据，并按规定发送人为的干扰信号。这个干扰信号的作用，主要是保证其他转发器或者终端。按道理别人要发送数据的话，他会检测到这边已经在发送数据，就不会有数据发送，也就不会有冲突。这是一种理想的情况，也有这种情况假如 AB 两台计算机他们都要发送数据，同时对线路进行检测。
这个时候 AB 都没有发送数据，AB 检测到的线路状态都是空闲的，这个时候 AB 就同时往线路上发送数据，数据在线路上传输，它需要一个过程。那么一边传输一边检测是不是就可以检测到另外一个终端正在发送数据，这样就冲突了。
这个时候 AB 互相停止发送数据，并发刚有信号让其他计算机知道现在线路上发生了冲突，让其他准备发送数据的计算机等待。如果在数据发送过程中没有检测到冲突，那么就成功传输了。
第三步成功传输。之后，他会向更高层的网络协议发送成功报告，然后退出传输模式。
第四步是两种情况到达。第一种情况是开始传输数据之前，就检测到有其他计算机在使用信道，转到第四步。第二种情况是在发送数据的过程中检测到冲突，然后转到第四步，转到第四步之后，要传输数据的计算机进行等待。直到线路空闲。也就是说在第四步的时候，会不断的对线路进行检测，看一下是否空闲，如果检测到线路空闲，那么第五步，需要发送数据的计算机，等待一个随机的时间，然后跳到第一步。
比如 AB 两台计算机，它们都需要发送数据。但是又不能同时发送数据。那么 A 等待一个时间，比如等待4秒，B 等待一个时间，比如6秒。A 等待4秒之后，开始发送数据。然后B 等到6秒之后开始发送数据，这样他们之间就有一个时间差，避免了同时发送数据的冲突。如果很多次都没有成功，比如16次，尝试了16次之后，仍然没有成功。
第六步超过了最大城市传输次数，向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式。
一个通俗的例子来理解，比如在没有主持人的谈话会中，所有的人都通过一个共同的媒介，用空气来进行相互交谈。每个人说话之前，都需要等待别人把话说完之后才会说，别人说话的时候我们不能说。
如果两个人同时开始讲话，那么他们都停下来。因为两个人同时说话就容易听不清，然后都停下来。那停下来之后，分别随机等待一段时间之后再开始讲话。由于他们两个等待的时间不同，他们就不会造成冲突。
（四）以太网的拓扑结构
第一种总线型拓扑结构。总线型拓扑结构是通过一根传输线路，将网络中的所有的节点都连接起来。把这根线路呢称之为总线。在这个线路中的所有节点，要进行数据交换的话，都是通过这条总线来实现的。好比日常生活中这一条大马路，王家庄、李家庄、刘家庄、他们之间要互通有无都通过这条大马路。
但是在这种总线型拓扑结构中，有一个不太好的点，就是在同一个时刻，只能允许一对节点占用总线通信。因为所有的这个数据都经过这个总线，在总线上很容易出现瓶颈。
如果总线发生了故障，就会导致整个系统的崩溃。但是这个故障又较为难检测出来。比如 A 计算机收不到信息，可能某一处断掉。最坏的情况下，是需要将整个的总线进行排查，才能找到哪里出现问题。但是这种总线型拓扑结构它非常简单。
我们部署一个总线型拓扑结构，非常容易实现把需要连接入网的计算机直接接入总线就可以了，并且某一个节点发生的故障，它不会对整个网络其他节点产生影响。比如计算机发生了故障，它不会对其他的网络节点数据交互产生影响。因为是接入进去的，一个地方出现问题了，不影响其他数据之间的交互，比如说刘家庄通过一条小路接入这个大马路，这条小路断开了，不影响我王家庄和李家庄之间的沟通，所以说它扩充起来也比较方便。只需要将入网的计算机连上去。
其他的一些拓扑结构，有星型拓扑结构、树型拓扑结构、环型拓扑结构、全网状拓扑结构和部分网状拓扑结构。
1、星型拓扑结构，它的瓶颈在中心节点，如果中心节点发生了问题，整个网络系统就会崩溃掉。因为都是通过它来进行数据交互的。如果中心节点沉默了，其他节点就不能进行沟通。
2、环型拓扑结构，环型拓扑结构它是将每一台电脑连接成环。在环型结构中，只能单向传输。如果某个节点发生了故障，它就会造成网络瘫痪。比如通信方式是从左往右顺时针，那么，这台机器要和其他机器通行，就不能通行。发生故障之后，它整装起来也是比较麻烦的。比如 A 和 B 节点的通信不良，它有可能某一个节点断了，可能需要将整个环形的网络线路都检查一遍，才能知道哪里发生的问题。
3、网状结构，网状结构有全网状和部分网状。在网状结构中，任意节点之间，他们是相互连接的，这种结构它的可靠性是非常高的。某两个节点之间的链路发生了故障，它不会影响其他节点的通讯，也不会影响他们二者之间的通讯。比如 AB 两个节点，他们之间的直接链路发生的故障，它可以通过其他节点中转一下来进行数据通讯。但是这种结构复杂，任意两个节点之间的通信可以有多条线路。
所以需要路由算法来寻找一条合适的路线，并且还需要流量控制。比如都通过某条线进行数据交换，那么这条线就造成了数据拥塞。那么就需要一个流量控制，将后面流进的数据流到其他线路上，也可以当堵塞线路上的数据，再重新分流到其他线路上。所以它不仅结构复杂，而且还需要额外的路由算法和流量控制算法。这种网状结构一般用于广域网。
4、树型结构，树型结构它信息在上下节点之间进行交换。所以从 A 点流到 B 点再由 B 点流到 C 和 D 点。 但是有一个局限性，就是一层的节点是不能进行通信的。这样的话，他们共享资源的能力比较低。假如还有其他的计算机节点，那么两个分支之间是不允许通信，也就谈不上资源共享了。所以说这种树型结构资源共享能力较低。另外它的可靠性也不高。假如 B 节点发生故障，或者 A 和 B 的链路发生了故障，都会影响 A 右边这个分支的整个网络通信。所以树型拓扑结构的可靠性不高。
