第2章 计算机网络基础 数据通信基础.ppt

第第2章章 数据通信基础数据通信基础本章学习内本章学习内容容2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念2.2 数据编码技术数据编码技术2.3 多路复用技术多路复用技术2.4 数据通信方式数据通信方式2.5 信息交换信息交换技术技术2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念2.1.1 数据、信息和信号数据、信息和信号 2.1.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 2.1.3 数据通信系统的主要质量指标数据通信系统的主要质量指标2.1.1 数据、信息和信号数据、信息和信号 通信是为了交换信息（通信是为了交换信息（Information）。）。信息的载体可以是数字、文字、语音、图形信息的载体可以是数字、文字、语音、图形和图像，常称为数据（和图像，常称为数据（Data）。）。数据是对客数据是对客观事实进行描述与记载的物理符号。信息是观事实进行描述与记载的物理符号。信息是数据的集合、含义与解释。如对一个企业当数据的集合、含义与解释。如对一个企业当前生产各项经营指标的分析，可以得出企业前生产各项经营指标的分析，可以得出企业生产经营状况的若干信息。显然，数据和信生产经营状况的若干信息。显然，数据和信息的概念是相对的，甚至有时将两者等同起息的概念是相对的，甚至有时将两者等同起来。来。2.1.1 数据、信息和信号数据、信息和信号 数据可分为数据可分为模拟数据模拟数据和和数字数据数字数据。模。模拟数据取连续值，数字数据取离散值。在拟数据取连续值，数字数据取离散值。在数据被传送之前，要变成适合于传输的电数据被传送之前，要变成适合于传输的电磁磁信号信号：或是：或是模拟信号模拟信号，或是，或是数字信号数字信号。所以，信号（所以，信号（signal）是数据的电磁波表示是数据的电磁波表示形式。模拟数据和数字数据都可用这两种形式。模拟数据和数字数据都可用这两种信号来表示。模拟信号是随时间连续变化信号来表示。模拟信号是随时间连续变化的信号。数字信号是离散信号，如计算机的信号。数字信号是离散信号，如计算机通信所使用的二进制代码信号。通信所使用的二进制代码信号。2.1.1 数据、信息和信号数据、信息和信号 和信号的这种分类相似，信道也和信号的这种分类相似，信道也可以分成传送模拟信号的可以分成传送模拟信号的模拟信道模拟信道和和传送数字信号的传送数字信号的数字信道数字信道两大类。但两大类。但是应注意，数字信号在经过数模变换是应注意，数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，而模拟后就可以在模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数转换后也可以在数字信号在经过模数转换后也可以在数字信道上传送。信道上传送。2.1.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型2.1.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型数字通信的主要优点如下：数字通信的主要优点如下：（1）抗干扰能力强。）抗干扰能力强。（2）便于加密，有利于实现保密通信。）便于加密，有利于实现保密通信。（3）易易于于实实现现集集成成化化，使使通通信信设设备备的的体体积积小小，功耗低。功耗低。（4）数数字字信信号号便便于于存存储储、处处理理、交交换换，也也便便于于和计算机连接以及用计算机进行管理。和计算机连接以及用计算机进行管理。2.1.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型2.1.3 数据通信系统的主要质量数据通信系统的主要质量指标指标 从研究信息的传输来说，通信的有效从研究信息的传输来说，通信的有效性和可靠性是最重要的指标。有效性指的性和可靠性是最重要的指标。有效性指的是传输一定的信息量所消耗的信道资源是传输一定的信息量所消耗的信道资源（带宽或时间带宽或时间），而可靠性指的是接收信，而可靠性指的是接收信息的准确程度。这两项指标体现了对通信息的准确程度。这两项指标体现了对通信系统最基本的要求。模拟通信和数字通信系统最基本的要求。模拟通信和数字通信对这两个指标要求的具体内容有较大差异。对这两个指标要求的具体内容有较大差异。1模拟通信系统的质量指标模拟通信系统的质量指标2数字通信系统的质量指标数字通信系统的质量指标1模拟通信系统的质量指标模拟通信系统的质量指标（1）有有效效性性:模模拟拟通通信信系系统统的的有有效效性性是是用用有有效效传传输输带带宽宽来来度度量量。同同样样的的信信息息采采用用不不同同的的调调制制方方式式，则则需需要要不不同同的的频频带带宽宽度。频带宽度越窄，有效性越好。度。频带宽度越窄，有效性越好。（2）可可靠靠性性:模模拟拟通通信信系系统统的的可可靠靠性性是是用用接接收收端端最最终终的的输输出出信信噪噪比比来来度度量量。信信噪噪比比越越大大，通通信信质质量量越越高高。不不同同调调制制方方式式在在同同样样信信道道条条件件下下所所得得到到的的输输出出信信噪噪比比是不同的。是不同的。2数字通信系统的质量指标数字通信系统的质量指标 数数字字通通信信系系统统的的有有效效性性用用传传输输速速率率来来衡衡量，可靠性用差错率来衡量。量，可靠性用差错率来衡量。（1）传传输输速速率率：数数据据传传输输速速率率指指的的是是单单位位时时间间内内传传送送的的信信息息量量，它它有有多多种种表表示示方方法法。波波特特和和比比特特是是两两个个不不同同的的概概念念，一一般般在在二二元元制制调调相相方方式式中中，波波特特速速率率和和比比特特速速率率相相等等；但在多元调相的情况下就不一定了。但在多元调相的情况下就不一定了。（2）差差错错率率：差差错错率率即即误误码码率率，是是衡衡量量数数据据通通信信系系统统在在正正常常工工作作情情况况下下传传输输可可靠靠性性的的指指标标，它它的的定定义义是是：二二进进制制码码元元被被传传输输出出错错的概率。差错率越小，通信的可靠性越高。的概率。差错率越小，通信的可靠性越高。2.2 数据编码技术数据编码技术2.2.1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码2.2.2 数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码2.2.3 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码2.2.4 模拟数据的模拟信号调制模拟数据的模拟信号调制2.2.1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码2.2.1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 不不归归零零制制，即即用用两两个个电电平平来来表表示示两两个个二二进进制制数数字字；用用高高电电平平（正正电电压压）表表示示1，用用低低电电平平（负负电电压压）表表示示0（如如图图2-3（a）所所示示）。不不归归零零制制有有很很多多缺缺点点，它它难难以以判判断断一一位位的的结结束束和和另另一一位位的的开开始始，需需要要用用某某种种方方法法来来使使发发送送器器和和接接收收器器进进行行定定时时或或同同步步。如如果果传传输输中中都都是是“1”或或“0”的的话话，那那么么在在单单位位时时间间内内将将产产生生累累积积的的直直流流分分量量，它它能使设备连接点产生电腐蚀或其他损坏。能使设备连接点产生电腐蚀或其他损坏。2.2.1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 曼曼曼曼彻彻彻彻斯斯斯斯特特特特编编编编码码码码（如如如如图图图图2-32-3（b b）所所所所示示示示）。它它它它是是是是一一一一种种种种自自自自同同同同步步步步编编编编码码码码方方方方式式式式，包包包包括括括括数数数数据据据据信信信信息息息息和和和和时时时时钟钟钟钟信信信信息息息息。它它它它的的的的编编编编码码码码方方方方法法法法是是是是将将将将每每每每一一一一个个个个码码码码元元元元再再再再分分分分成成成成两两两两个个个个相相相相等等等等的的的的间间间间隔隔隔隔，码码码码元元元元是是是是前前前前一一一一个个个个间间间间隔隔隔隔为为为为高高高高电电电电平平平平而而而而后后后后一一一一个个个个间间间间隔隔隔隔为为为为低低低低电电电电平平平平；码码码码元元元元则则则则正正正正好好好好相相相相反反反反，从从从从低低低低电电电电平平平平变变变变到到到到高高高高电电电电平平平平。这这这这种种种种编编编编码码码码的的的的优优优优点点点点是是是是可可可可以以以以保保保保证证证证在在在在每每每每一一一一个个个个码码码码元元元元的的的的正正正正中中中中间间间间出出出出现现现现一一一一次次次次电电电电平平平平的的的的转转转转换换换换，对对对对接接接接收收收收端端端端提提提提取取取取位位位位同同同同步步步步信信信信号号号号非非非非常常常常有有有有利利利利，而而而而且且且且当当当当码码码码元元元元中中中中间间间间无无无无跳跳跳跳变变变变时时时时，就就就就形形形形成成成成违违违违例例例例码码码码，这这这这种种种种违违违违例例例例的的的的情情情情况况况况可可可可形形形形成成成成帧帧帧帧标标标标志志志志。但但但但是是是是从从从从曼曼曼曼彻彻彻彻斯斯斯斯特特特特编编编编码码码码的的的的波波波波形形形形图图图图不不不不难难难难看看看看出出出出其其其其缺缺缺缺点点点点，这这这这就就就就是是是是它它它它所所所所占占占占的的的的频频频频带带带带宽度比原始的基带信号增加了一倍。宽度比原始的基带信号增加了一倍。宽度比原始的基带信号增加了一倍。宽度比原始的基带信号增加了一倍。2.2.1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 差差分分曼曼彻彻斯斯特特编编码码（如如图图2-3（c）所所示示），它它的的编编码码规规则则是是：若若码码元元为为1，则则其其前前半半个个码码元元的的电电平平与与上上一一个个码码元元的的后后半半个个码码元元的的电电平平一一样样；但但若若码码元元为为0，则则其其前前半半个个码码元元的的电电平平与与上上一一个个码码元元的的后后半半个个码码元元的的电电平平相相反反。不不论论码码元元是是或或，在在每每个个码码元元的的正正中中间间时时刻刻，一一定定要要有有一一次次电电平平的的转转换换。差差分分曼曼彻彻斯斯特特编编码码需需要要较较复复杂杂的的技技术术，但但可以获得较好的抗干扰性能。可以获得较好的抗干扰性能。2.2.2 数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码 数数字字设设备备（如如计计算算机机或或终终端端）通通过过调调制制解解调调器器接接入入电电话话网网络络进进行行通通信信是是利利用用模模拟拟信信号号传传输输数数字字数数据据的的典典型型情情况况。模模拟拟信信号号发发送送的的基基础础就就是是一一种种称称之之为为载载波波信信号号的的连连续续的的频频率率恒恒定定的的信信号号。通通过过调调制制振振幅幅、频频率率和和相相位位等等载载波波特特性性或或者者这这些些特特性性的的某某种种组组合合，来来对对数数字字数数据据进进行行编编码码。最最基基本本的的数数字字数数据据模模拟拟信信号号调调制制方方式式有有以以下下三三种种（如图（如图2-4所示）。所示）。2.2.2 数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码 2.2.2 数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码（1 1）幅幅幅幅移移移移键键键键控控控控方方方方式式式式（ASKASK）：载载载载波波波波的的的的振振振振幅幅幅幅随随随随基基基基带带带带数数数数字字字字信信信信号号号号而而而而变变变变化化化化。例例例例如如如如，“0”0”对对对对应应应应于于于于无无无无载载载载波波波波输出，而输出，而输出，而输出，而“1”1”对应于有载波输出。对应于有载波输出。对应于有载波输出。对应于有载波输出。（2 2）频频频频移移移移键键键键控控控控方方方方式式式式（FSKFSK）：载载载载波波波波的的的的频频频频率率率率随随随随基基基基带带带带数数数数字字字字信信信信号号号号而而而而变变变变化化化化。例例例例如如如如，“0”0”对对对对应应应应于于于于频频频频率率率率f f，而而而而“1”1”对应于频率对应于频率对应于频率对应于频率f f2 2。（3 3）相相相相移移移移键键键键控控控控方方方方式式式式（PSKPSK）：载载载载波波波波的的的的初初初初始始始始相相相相位位位位随随随随基基基基带带带带数数数数字字字字信信信信号号号号而而而而变变变变化化化化。例例例例如如如如，“0”0”对对对对应应应应于于于于相相相相位位位位00，而，而，而，而“1”1”对应于对应于对应于对应于180180。2.2.2 数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码 解解调调（即即从从模模拟拟信信号号恢恢复复出出数数字字数数据据）的的原原理理简简述述如如下下：对对于于ASK信信号号，可可以以用用整整流流再再滤滤波波的的方方法法检检测测出出原原始始信信号号；对对于于FSK信信号号可可以以通通过过检检查查零零交交叉叉点点的的方方法法恢恢复复出出数数据据；对对于于一一般般PSK信信号号，例例如如相相位位不不变变代代表表0，相相位位移移相相180代代表表1，可可以以把把信信号号放放大大整整形形，延延时时一一个个信信号号单单元元时时间间，然然后后反反相相，再再和和原原信信号号相相异异或或，即即可可恢恢复复出原始数据。出原始数据。2.2.3 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码 脉冲编码调制脉冲编码调制（PCM）的过程主的过程主要由采样、量化与编码三个步骤组成。要由采样、量化与编码三个步骤组成。采样是把时间上连续的模拟信号转换采样是把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的采样信号，量化是把成时间上离散的采样信号，量化是把幅度上连接的模拟信号转换成幅度上幅度上连接的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号，编码是把时间离散离散的量化信号，编码是把时间离散且幅度离散的量化信号用一个二进制且幅度离散的量化信号用一个二进制码组表示。码组表示。2.2.3 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码2.2.4 模拟数据的模拟信号调制模拟数据的模拟信号调制 在在电电话话机机和和本本地地局局交交换换机机之之间间所所传传输输的的信信号号就就是是采采用用这这种种编编码码方方式式。模模拟拟的的声声音音数数据是加载到模拟的载波信号中传输的。据是加载到模拟的载波信号中传输的。无线语音广播是模拟信号传输模拟数据无线语音广播是模拟信号传输模拟数据的另一个例子。有效的传输需要比较高的频的另一个例子。有效的传输需要比较高的频率。对于无线传播，传送基带信号几乎是不率。对于无线传播，传送基带信号几乎是不可能的，因为那将需要直径为好几公里长的可能的，因为那将需要直径为好几公里长的天线。另外，调制有助于频分复用。天线。另外，调制有助于频分复用。2.3 多路复用技术多路复用技术2.3.1 频分多路复用频分多路复用(FDM)2.3.2 时分多路复用时分多路复用(TDM)2.3.3 波分多路复用波分多路复用(WDM)2.3.1 频分多路复用频分多路复用2.3.1 频分多路复用频分多路复用 多多个个信信号号调调制制在在不不同同的的载载波波频频率率上上，从从而而在在同同一一介介质质上上实实现现同同时时传传送送多多路路信信号号，即即将将信信道道的的可可用用频频带带（带带宽宽）按按频频率率分分割割多多路路信信号号的的方方法法划划分分为为若若干干互互不不交交叠叠的的频频段段，每每路路信信号号占占据据其其中中一一个个频频段段，从从而而形形成成许许多多个个子子信信道道（如如图图2-5所所示示）；在在接接收收端端用用适适当当的的滤滤波波器器将将多多路路信信号号分分开开，分分别别进进行行解解调调和和终终端端处处理理，这这种种技技术术称称为为频频分分多多 路路 复复 用用（FDM，Frequency Division Multiplexing）。2.3.1 频分多路复用频分多路复用2.3.1 频分多路复用频分多路复用 FDM系系统统的的原原理理示示意意图图如如图图2-6所所示示，它它假假设设有有6个个输输入入源源，分分别别输输入入6路路信信号号到到频频分分多多路路器器FDM-MUX，多多路路器器将将每每路路信信号号调调制制在在不不同同的的载载波波频频率率上上（例例如如f1，f2，f6）。每每路路信信号号以以其其载载波波频频率率为为中中心心，占占用用一一定定的的带带宽宽，此此带带宽宽范范围围称称做做一一个个通通道道，各各通通道道之之间间通通常常用用保保护护频频带带隔隔离离，以以保保证证各各路路信信号号的的频频带带间间不不发发生生重重叠叠。输输入入信号可以是模拟的，也可以是数字的。信号可以是模拟的，也可以是数字的。2.3.1 频分多路复用频分多路复用 频频分分多多路路复复用用的的优优点点是是信信道道的的利利用用率率高高，允允许许复复用用的的路路数数多多，分分路路也也很很方方便便，并并且且频频带带宽宽度度越越大大，则则在在此此频频带带宽宽度度内内所所容容纳纳的的用用户户数数就就越越多多；缺缺点点是是设设备备复复杂杂，不不仅仅需需要要大大量量的的调调制制器器、解解调调器器和和带带通通滤滤波波器器，而而且且还还要要求求接接收收端端提提供供相相关关载载波波；此此外外，由由于于在在传传输输过过程程中中的的非非线线性性失失真真及及频频分分复复用用信信号号抗抗干干扰扰性性能能较较差差，不不可可避避免免地地会会产产生生路路际际串串音音干干扰扰。为为了了减减少少载载频频的的数数量量和和所所需需设设备备部部件件的的类型，一般都采用多级调制的方法。类型，一般都采用多级调制的方法。2.3.2 时分多路复用时分多路复用 时时分分多多路路复复用用（TDM，Time Division Multiplexing）是是将将多多路路信信号号按按一一定定的的时时间间间间隔隔相相间间传传送送以以在在一一条条传传输输线线上上实实现现“同同时时”传传送送多多路路信信号号。基基本本的的TDM是是同同步步时时分分多多路路复复用用技技术术，如如果果采采用用较较复复杂杂的的措措施施以以改改善善同同步步时时分分复复用用的的性性能能，就就成成为为统统计计时时分分多多路路复复用用（STDM，Statistical Time Division Multiplexing）或或异异步步时时分分多多路路复复用（用（ATDM，Asynchronous TDM）。2.3.2 时分多路复用时分多路复用2.3.2 时分多路复用时分多路复用 TDM是是将将传传输输时时间间划划分分为为许许多多个个短短的的互互不不重重叠叠的的时时隙隙，而而将将若若干干个个时时隙隙组组成成时时分分复复用用帧帧，用用每每个个时时分分复复用用帧帧中中某某一一固固定定序序号号的的时时隙隙组组成成一一个个子子信信道道，每每个个子子信信道道所所占占用用的的带带宽宽相相同同，每每个个时时分分复复用用帧帧所所占占的的时时间间也也是是相相同同的的（如如图图2-7所所示示），即即在在同同步步TDM中中，各各路路时时隙隙的的分分配配是是预预先先确确定定的时间且各信号源的传输定时是同步的。的时间且各信号源的传输定时是同步的。2.3.2 时分多路复用时分多路复用2.3.2 时分多路复用时分多路复用 对对于于TDM，时时隙隙长长度度越越短短，则则每每个个时时分分复复用用帧帧中中所所包包含含的的时时隙隙数数就就越越多多，所所容容纳纳的的用用户户数数也也就就越越多多，其其原原理理如如图图2-8所所示示。每每一一个个通通道道在在时时间间上上按按照照预预先先确确定定的的时时间间错错开开一一位位、一一个个字字节节或或一一块块数数据据的的时时间间，以以此此来来共共享享传输信道。传输信道。2.4 数据通信方式数据通信方式2.4.1 并行通信与串行通信并行通信与串行通信2.4.2 单工通信与双工通信单工通信与双工通信2.4.3 同步通信与异步通信同步通信与异步通信2.4.1 并行通信与串行通信并行通信与串行通信 在在计计算算机机系系统统的的各各个个部部件件之之间间以以及及计计算算机机与与计计算算机机之之间间，数数据据信信息息都都是是以以通通信信的的方方式式进进行行交交换换的的。这这种种通通信信有有两两种种基基本本方方式式：串串行行和和并并行行。一一般般说说来来，并并行行传传输输用用于于近近距距离离，串串行行传传输用于较远的距离。输用于较远的距离。2.4.1 并行通信与串行通信并行通信与串行通信 如如图图2-12（a）所所示示，在在并并行行传传输输中中，至至少少有有8个个数数据据位位在在设设备备之之间间传传输输。发发送送设设备备将将8个个数数据据位位通通过过8条条数数据据线线传传送送给给接接收收设设备备，还还可可以以有有1位位用用作作数数据据检检验验位位，接接收收设设备备可可同同时时接接收收到到这这些些数数据据。在在计计算算机机内内部部的的数数据据通通信信通通常常都都以以并并行行方方式式进进行行，并并且且把把并并行行的的数数据据传传送送线线称称做做总总线线，如如并并行行传传送送8位位数数据据就就叫叫做做8位位总总线线，并并行行传传送送16位数据就叫做位数据就叫做16位总线。位总线。2.4.1 并行通信与串行通信并行通信与串行通信2.4.1 并行通信与串行通信并行通信与串行通信 串串串串行行行行传传传传输输输输方方方方式式式式是是是是在在在在一一一一根根根根数数数数据据据据传传传传输输输输线线线线上上上上，每每每每次次次次传传传传送送送送一一一一位位位位二二二二进进进进制制制制数数数数据据据据，1 1位位位位接接接接1 1位位位位地地地地传传传传送送送送。串串串串行行行行传传传传输输输输的的的的速速速速度度度度要要要要慢慢慢慢得得得得多多多多，但但但但由由由由于于于于串串串串行行行行传传传传输输输输节节节节省省省省了了了了大大大大量量量量通通通通信信信信设设设设备备备备和和和和通通通通信信信信线线线线路路路路，在在在在技技技技术术术术上上上上更更更更适适适适合合合合远远远远距距距距离离离离通通通通信。因此，计算机网络普遍采用串行传输方式。信。因此，计算机网络普遍采用串行传输方式。信。因此，计算机网络普遍采用串行传输方式。信。因此，计算机网络普遍采用串行传输方式。由由由由于于于于计计计计算算算算机机机机内内内内部部部部处处处处理理理理的的的的都都都都是是是是并并并并行行行行数数数数据据据据，在在在在进进进进行行行行串串串串行行行行传传传传输输输输之之之之前前前前，必必必必须须须须将将将将并并并并行行行行数数数数据据据据转转转转换换换换成成成成串串串串行行行行数数数数据据据据；在在在在接接接接收收收收端端端端要要要要将将将将串串串串行行行行数数数数据据据据转转转转换换换换成成成成并并并并行行行行数数数数据据据据。数数数数据据据据转转转转换换换换通通通通常常常常以以以以字字字字节节节节为为为为单单单单位位位位进进进进行行行行，用用用用移移移移位位位位寄寄寄寄存存存存器器器器来来来来完成，如图完成，如图完成，如图完成，如图2-122-12（b b）所示。所示。所示。所示。2.4.2 单工通信与双工通信单工通信与双工通信 按按照照数数据据在在线线路路上上的的流流向向，串串行行数数据据通通信信可可分分为为三三种种类类型型：单单工工、半半双双工与全双工。工与全双工。1单工通信单工通信2半双工通信半双工通信3全双工通信全双工通信1单工通信单工通信 在在单单工工通通信信方方式式中中，信信号号只只能能向向一一个个方方向向传传输输，任任何何时时候候都都不不能能改改变变信信号号的的传传送送方方向向。如如图图2-13（a）所所示示，数数据据信信息息总总是是从从发发送送端端A传传输输到到接接收收端端B。这这种种情情况况与与无无线线电电广广播播相相类类似似，信信号号只只在在一一个个方方向向上上传传播播，电电台台发发送送，收音机接收。收音机接收。2半双工通信半双工通信 如如图图2-13（b）所所示示，在在半半双双工工通通信信方方式式中中，信信号号可可以以双双向向传传送送，但但必必须须交交替替进进行行，一一个个时时间间只只能能向向一一个个方方向向传传送送。可可以以双双向向传传送送信信号号，但但必必须须交交替替进进行行的的通通信信信信道道，只只能能用用于于半半双双工通信方式中。工通信方式中。3全双工通信全双工通信 全全双双工工能能同同时时在在两两个个方方向向上上进进行行通通信信，即即有有两两个个信信道道，如如图图2-l3（c）所所示示，数数据据同同时时在在两两个个方方向向流流动动，它它相相当当于于把把两两个个相相反反方方向向的的单单工工通通信信组组合合起起来来。显显然然，全全双双工通信效率高，但构建系统的造价也高。工通信效率高，但构建系统的造价也高。单单工工通通信信或或半半双双工工通通信信只只需需要要一一条条信信道道，而而全全双双工工通通信信则则需需要要两两条条信信道道（每每个个方方向向各各一一条条）。显显然然，全全双双工工通通信信的的传传输输效效率率最高。最高。2.4.3 同步通信与异步通信同步通信与异步通信 比特的传送和接收是通过定时时钟来比特的传送和接收是通过定时时钟来完成的。使这两个独立的时钟精确同步是完成的。使这两个独立的时钟精确同步是不太可能的，从而引发错误。解决上述同不太可能的，从而引发错误。解决上述同步问题的方法有两种。第一种称为异步法，步问题的方法有两种。第一种称为异步法，发送方和接收方独立地产生时钟，但定期发送方和接收方独立地产生时钟，但定期同步。第二种方法称为同步方法，接收端同步。第二种方法称为同步方法，接收端时钟完全由发送方时钟控制，严格同步。时钟完全由发送方时钟控制，严格同步。1异步传输异步传输2同步传输同步传输1异步传输异步传输 异异步步传传输输是是基基于于这这样样的的事事实实：在在一一定定的的比比特特数数目目内内，时时钟钟漂漂移移的的程程度度是是有有限限的的。它它让让接接收收方方在在某某一一个个时时间间点点上上跟跟一一个个发发送送方方时时钟钟信信号号同同步步，并并由由此此开开始始自自己己独独立立的的时时钟钟信信号号序序列列。由由于于偏偏移移相相对对于于一一个个比比特特时时间间来来说说是是比比较较小小的的，故故接接收收方方可可以以在在偏偏移移积积累累到到采采样样发发生生错错误误之之前前正正确确地地接接收收若干个比特。若干个比特。2同步传输同步传输 在在同同步步传传输输中中，以以一一种种稳稳定定的的流流方方式式传传送送比比特特块块，不不使使用用开开启启位位和和停停止止位位编编码码。该该数数据据块块在在长长度度上上可可以以是是多多个个比比特特。为为了了防防止止发发送送机机和和接接收收机机之之间间的的定定时时漂漂移移，它它们们的的时时钟钟必必须须通通过过某某种种途途径径保保持持同同步步。一一种种可可能能性性是是在在发发送送设设备备和和接接收收设设备备之之间间提提供供单单独独的的时时钟钟线线路路。另另一一种种替替代代的的方方法法是是在数据信号中嵌入时钟信息。在数据信号中嵌入时钟信息。2.5 信息交换技术信息交换技术2.5.1 线路交换线路交换2.5.2 报文交换报文交换2.5.3 分组交换分组交换2.5.4 三种数据交换技术的比较三种数据交换技术的比较2.5.5 其他数据交换技术其他数据交换技术2.5.1 线路交换线路交换 使使用用线线路路（电电路路）交交换换（Circuit Switching）方方式式，就就是是通通过过网网络络中中的的节节点点在在两两个个站站之之间间建建立立一一条条专专用用的的通通信信线线路路。最普通的线路交换例子是电话系统。最普通的线路交换例子是电话系统。通通过过线线路路交交换换进进行行通通信信，指指的的是是在在两两个个站站之之间间有有一一个个实实际际的的物物理理连连接接。这这种种连连接接是是节节点点之之间间的的连连接接序序列列。在在每每条条线线路路上上，通道专用于连接。通道专用于连接。2.5.1 线路交换线路交换 线路交换方式的通信包括三种状态：线路交换方式的通信包括三种状态：（1）线线路路建建立立：在在传传输输任任何何数数据据之之前前，都都必须建立端到端必须建立端到端（站到站站到站）的线路。的线路。（2）数数据据传传送送：所所传传输输的的数数据据可可以以是是数数字字的也可以是模拟的。的也可以是模拟的。（3）线线路路拆拆除除：在在某某个个数数据据传传送送周周期期结结束束以以后后，就就要要结结束束连连接接，通通常常由由两两个个站站中中的的一个来完成这个动作。一个来完成这个动作。2.5.1 线路交换线路交换2.5.1 线路交换线路交换 这这种种方方式式使使用用的的设设备备及及操操作作简简单单，特特别别适适合合于于交交互互式式通通信信以以及及远远距距离离成成批批处处理理，建建立立一一次次连连接接就就可可以以传传送送大大量量数数据据。因因为为在在数数据据传传输输开开始始以以前前必必须须建建立立连连接接通通路路，因因此此通通路路中中的的每每对对节节点点之之间间的的通通道道容容量量必必须须是是可可用用的的，而而且且每每个个节节点点必必须须有有内内部部交交换换能能力力来来处处理理连连接接。交交换换节节点点必必须须具具有有智智能以进行分配和求出通过网络的路径。能以进行分配和求出通过网络的路径。2.5.1 线路交换线路交换 线线路路交交换换可可能能效效率率很很低低，因因为为通通道道容容量量在在连连接接期期间间是是专专用用的的，即即使使没没有有数数据据传传送送，别别人人也也不不能能用用。就就性性能能而而言言，在在数数据据传传送送以以前前，为为了了呼呼叫叫建建立立，有有一一个个延延迟迟，然然而而一一旦旦建建立立了了线线路路，网网络络对对于于用用户户实实际际上上是是透透明明的的，用用户户可可以以用用固固定定的的数数据据传传输输速速率率来来传传输输数数据据，除除了了通通过过传传输输链链路路时时的的传传输输延延迟迟外外，不不再再有有别别的的延延迟迟。在在每每个个节节点点上上的延迟是很小的。的延迟是很小的。2.5.2 报文交换报文交换 另另一一种种网网络络通通信信的的方方法法是是报报文文交交换换（Message Switching）。在在报报文文交交换换中中不不需需要要在在两两个个站站之之间间建建立立一一条条专专用用通通路路。如如果果一一个个站站想想要要发发送送一一个个报报文文（信信息息的的一一个个逻逻辑辑单单位位），只只需需要要把把一一个个目目的的地地址址附附加加在在报报文文上上，然然后后把把报报文文通通过过网网络络从从节节点点到到节节点点地地进进行行传传送送。在在每每个个节节点点中中，接接收收整整个个报报文文，暂暂存存这这个个报报文文，然然后后发发送送到到下下一一个节点。个节点。2.5.2 报文交换报文交换2.5.2 报文交换报文交换 在在线线路路交交换换的的网网络络中中，每每个个节节点点是是一一个个电电子子的的或或机机电电结结合合的的交交换换设设备备。这这种种设设备备发发送送二二进进制制位位同同接接收收二二进进制制位位一一样样快快。报报文文交交换换节节点点通通常常是是一一台台通通用用的的小小型型计计算算机机。它它具具有有足足够够的的存存储储容容量量来来缓缓存存进进入入的的报报文文。一一个个报报文文在在每每个个节节点点的的延延迟迟时时间间等等于于接接收收报报文文的的所所有有位位所所需需的的时时间间加加上上等等待待时时间间和和重传到下一个节点所需的排队延迟时间。重传到下一个节点所需的排队延迟时间。2.5.2 报文交换报文交换这种方法与线路交换相比有以下优点：这种方法与线路交换相比有以下优点：这种方法与线路交换相比有以下优点：这种方法与线路交换相比有以下优点：（1 1）线线线线路路路路效效效效率率率率较较较较高高高高，因因因因为为为为许许许许多多多多报报报报文文文文可可可可以以以以分分分分时时时时共共共共享享享享一条节点到节点的通道。一条节点到节点的通道。一条节点到节点的通道。一条节点到节点的通道。（2 2）不不不不需需需需要要要要同同同同时时时时使使使使用用用用发发发发送送送送器器器器和和和和接接接接收收收收器器器器来来来来传传传传输输输输数数数数据据据据，网络可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文。网络可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文。网络可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文。网络可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文。（3 3）在在在在线线线线路路路路交交交交换换换换网网网网上上上上，当当当当通通通通信信信信量量量量变变变变得得得得很很很很大大大大时时时时，就就就就不不不不能能能能接接接接收收收收某某某某些些些些呼呼呼呼叫叫叫叫。而而而而在在在在报报报报文文文文交交交交换换换换网网网网上上上上，却却却却仍仍仍仍然然然然可可可可以以以以接接接接收收收收报报报报文文文文，这这这这时时时时报报报报文文文文被被被被缓缓缓缓冲冲冲冲导导导导致致致致传传传传送送送送延延延延迟迟迟迟增增增增加加加加，但不会引起阻塞但不会引起阻塞但不会引起阻塞但不会引起阻塞。2.5.2 报文交换报文交换（4 4）报报报报文文文文交交交交换换换换系系系系统统统统可可可可以以以以把把把把一一一一个个个个报报报报文文文文发发发发送送送送到到到到多多多多个个个个目目目目的地。的地。的地。的地。（5 5）根根根根据据据据报报报报文文文文的的的的长长长长短短短短或或或或其其其其他他他他特特特特征征征征能能能能够够够够建建建建立立立立报报报报文文文文的的的的优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递。优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递。优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递。优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递。（6 6）报报报报文文文文交交交交换换换换网网网网可可可可以以以以进进进进行行行行速速速速度度度度和和和和代代代代码码码码的的的的转转转转换换换换。因因因因为为为为每每每每个个个个站站站站都都都都可可可可以以以以用用用用它它它它特特特特有有有有的的的的数数数数据据据据传传传传输输输输率率率率连连连连接接接接到到到到其其其其他节点，所以两个不同传输率的站也可以连接。他节点，所以两个不同传输率的站也可以连接。他节点，所以两个不同传输率的站也可以连接。他节点，所以两个不同传输率的站也可以连接。2.5.3 分组交换分组交换 分分组组交交换换试试图图兼兼有有报报文文交交换换和和线线路路交交换换的的优优点点，而而使使两两者者的的缺缺点点最最少少。分分组组交交换换与与报报文文交交换换的的工工作作方方式式基基本本相相同同，形形式式上上的的主主要要差差别别在在于于，分分组组交交换换网网中中要要限限制制所所传传输输的的数数据据单单位位的的长长度度。典典型型的的最最大大长长度度是是1千千位位至至几几千千位位，称称为为包包（Packets）。报报文文交交换换系系统却适应更长的报文。统却适应更长的报文。2.5.3 分组交换分组交换 从从一一个个站站的的观观点点来来看看，把把超超过过最最大大长长度度的的报报文文的的数数据据块块按按限限定定的的大大小小分分割割成成一一个个个个小小段段，为为每每个个小小段段加加上上有有关关的的地地址址信信息息以以及及段段的的分分割割信信息息并并组组成成一一个个数数据据包包，然然后后依依次次发发送送。为为了了区区分分这这两两种种技技术术，分分组组交交换换系系统统中中的的数数据据单单位位通通常常称称为为分分组组。与与报报文文交交换换的的区区别别是是，分分组组通通常常不不归归档档，分分组拷贝暂存起来的目的是为了纠正错误。组拷贝暂存起来的目的是为了纠正错误。2.5.3 分组交换分组交换 从从从从表表表表面面面面看看看看，分分分分组组组组交交交交换换换换与与与与报报报报文文文文交交交交换换换换相相相相比比比比没没没没有有有有什什什什么么么么特特特特殊殊殊殊优优优优点点点点。值值值值得得得得注注注注意意意意的的的的是是是是，把把把把数数数数据据据据单单单单位位位位的的的的最最最最大大大大长长长长度度度度限限限限制制制制在在在在较较较较小小小小的的的的范范范范围围围围内内内内，这这这这种种种种简简简简单单单单的的的的方方方方法法法法会会会会在在在在性性性性能能能能上上上上有有有有一一一一个个个个引引引引人人人人注注注注目目目目的的的的结结结结果果果果。一一一一个个个个站站站站要要要要发发发发送送送送一一一一个个个个报报报报文文文文，若若若若其其其其长长长长度度度度比比比比最最最最大大大大分分分分组组组组长长长长度度度度还还还还长长长长，它它它它先先先先把把把把该该该该报报报报文文文文分分分分成成成成