数据通信基础培训资料

2.7通信方式2.7.1并行通信和串行通信

在计算机内部个部件之间、计算机与外部设备之间、计算机与计算机（或终端）之间都是以通信方式传递信息的，这种通信方式有两种：并行通信和串行通信。这是计算机网络通信中两种基本的通信方式。通常并行通信用于计算机内部个部件之间或近距离的数据传输，而串行通信常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。数据的并行传输

并行通信数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。数据的串行传输串行通信数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并/串变换，在接收端再通过串/并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。数据的串行传输串行通信串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。

通信线路的连接方式——点对点点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点-点的连接。通信线路的连接方式——多点线路

分支式通信分支式通信是一台主计算机和多台终端通过一条公共通信线路连接构成。主计算机为控制站（也叫主站），主站负责对各从站进行发送控制和接受信息。主站对从站的控制采用轮询/选择技术。通信线路的连接方式——多点线路

当主站要接受信息时，采用轮询技术，即主站做好接受准备后依次询问个从站是否要发送信息。若是，从站发送信息，主站接受信息。一个从站发完信息后，主站再询问下一个从站。若不发送，主站继续询问下一个从站是否发送信息。通信线路的连接方式——多点线路

当主站要向一个或多个从站发送信息时，采用选择技术，即主站选择询问需接受信息的从站是否做好接受准备，当接受到从站已准备好的回答信息时即可发送信息。通信线路的连接方式——多点线路

（2）集线式通信集线式通信是在终端较集中的地方，使用集线器先将这些终端集中后，再通过高速线路与主计算机相连通而构成的通信的方式。终端向主计算机发送信息时，先将这些信息在集线器进行存储和相应的处理后，再发给主计算机。主计算机向终端发送信息时，也要在集线器进行存储和处理，再发给终端。主机集线器信道的通信方式——单工通信

单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。无线电广播和电视都属于单工通信。信道的通信信方式——半双工通信信半双工通信信是指信号号可以沿两两个方向传传送，但同同一时刻一一个信道只只允许单方方向传送，，即两个方方向的传输输只能交替替进行，而而不能同时时进行。当当改变传输输方向时，，要通过开开关装置进进行切换。。半双工信道道适合于会会话式通信信，比如公公安系统使使用的“对对讲机”和和军队使用用的“步话话机”。信道的通信信方式——半双工通信信半双工方式式在计算机机网络系统统中适用于于终端与终终端之间的的会话式通通信。信道的通信信方式——全双工通信信全双工通信信是指数据据可以同时时沿相反的的两个方向向作双向传传输，通信信的一方在在发送信息息的同时也也能接受信信息。比如如，电话通通话。数据交换技技术——电路交换电路交换（CircuitSwitching）也称为线路路交换，是是一种直接接的交换方方式，为一一对需要进进行通信的的节点之间间提供一条条临时的专用用通道，即提供一一条专用的的传输通道道，既可以以是物理通通道又可以以是逻辑通通道（使用用时分或频频分复用技技术）。这这条通道是由节节点内部电电路对节点点间传输路路径经过适适当选择、、连接而完完成的，是是一条由多多个节点和和多条节点点间传输路路径组成的的链路。2.8交换方式电路交换的的特点需要现建立立连接，然然后才能进进行通信。。建立连接接、拆除连连接时间长长，有效通通信效率低低。通信线路利利用率低。。一旦电路建建立后，数数据以固定定的速率传传输，除传传输链路的的延时外，，不再存在在其他延时时，适用于于实时大批批量数据的的传输。电路交换的的特点适用于实时时大批量连连续的数据据传输。不同类型、、不同规格格、不同速速率的终端端很难相互互进行通信信。不够灵活，，通信过程程中一旦出出现故障需需要新建立立连接。回顾一下电电路交换的的特点两部电话机机只需要用用一对电线线就能够互互相连接起起来。更多的电话话机互相连连通5部电话机两两两相连，，需10对电线。N部电话机两两两相连，，需N(N–1)/2对电线。当电话机的的数量很大大时，这种种连接方法法需要的电电线对的数数量与电话话机数的平平方成正比比。

使用交换机机当电话机的的数量增多多时，就要要使用交换换机来完成成全网的交交换任务。。…交换机“交换”的的含义在这里，““交换”(switching)的含义是：：转接——把一条电话话线转接到到另一条电电话线，使使它们连通通起来。从通信资源源的分配角角度来看，，“交换””就是按照照某种方式式动态地分配配传输线路的的资源。电路交换的的特点电路交换必必定是面向向连接的。。电路交换的的三个阶段段：建立连接通信释放连接电路交换举举例A和B通话经过四四个交换机机通话在A到B的连接上进进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举举例C和D通话只经过过一个本地地交换机通话在C到D的连接上进进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换的的分析电路交换必必定是面向向连接的，，在通话的的全部时间间内，两个个用户始终终占用端到到端的固定定传输带宽宽。数据是是绑定一起起发出。电话交换对对于计算机机是否适合合？计算机数据据具有突发发性，导致致通信线路路的利用率率很低。数据交换技技术——报文交换存储交换或或存储转发发(StoreandForward)对实时性要要求不高的的数据信息息，中转结结点可先把把传输的信信息存储起起来并进行行必要的处处理，等待待信道空闲闲时再把信信息转发给给下一个结结点，下一一个结点如如果仍为中中转结点，，则仍存储储信息，并并继续往目目标结点方方向进发。。这种在中转转结点把待待传输的信信息存储起起来，然后后通过缓冲冲器向下一一个结点转转发的数据据交换方式式称为存储储交换或存存储转发(StoreandForward)。数据交换技技术——报文交换报文交换报文交换是是以报文为为数据交换换的单位，，报文携带有目标标地址、源源地址等信信息，在交交换结点采采用存储转发的的传输方式式，一步一一步将数据据传输到目目标计算机或终终端。数据交换技技术——报文交换报文交换报文交换特特点：①报文交换换不需要为为通信双方方预先建立立一条专用用的通信线线路，不存存在连接建建立时延，，用户可随随时发送报报文。②由于采用用存储转发发的传输方方式。③通信双方方不是固定定占有一条条通信线路路，而是在在不同的时时间一段一一段地部分分占有这条条物理通路路，因而大大大提高了了通信线路路的利用率率。数据交换技技术——报文交换对于数字数数据通信，，广泛使用用的是报文交换技术术;在报文交换换中，每一一个报文由传输输的数据和报头头组成，报报头中有源源地址和目目标地址。节点根据据报头中的的目标地址址为报文进行路径选选择。并且且对收发的的报文进行行相应的处理。。报文交换方方式没有拨拨号呼叫，，由报文的报报头控制其其到达目的的地。1.报文交换的的优点:（1）可提高线线路的利用用率，不像像电路交换网网常有占用用线路的问题，只只要结点有有空即可。。（2）通信时，，双方不必必都处于可可用状态（3）可以把一个报文同同时向多个个目的地发发送。（4）当出现大大量通信时时，信息会被延延时传送，，而不会被被拒绝传送送。2.报文交换的的缺点（1）传送数据据时具有延延时性，故故此种方式式不适合用于于具有实时时性及交谈谈的通信系系统中。（2）中间结点点收到的数据过多而而无法存储储或不能及及时转发时时，会丢失失报文，影影响数据传传送的正确确性。分组交换技技术也属于于存储转发发交换技术术。它是把一个个报文分成成若干个较较小的报文文分组，每每个分组的的长度有一一个上限。。在发送方方将报文分割割成若干个个分组后，，每个分组组都有一个个编号，各各个分组经经网络结点点存储转发发到达目的的结点后，，目的结点点再按分组组编号重组组报文。在分组交换换网络中，，已经定义义了两种不不同的方法法来管理被被传输的分分组流，即即两种分组组交换服务务：数据报和虚虚电路。数据交换技技术——分组交换1.数据报在数据报方方式中，每每个分组的的传送是被被单独处理理的，就像像报文交换换中的报文文一样。每每个分组被被称为一个个数据报，，每个数据据报自身携携带足够的的地址信息息。一个结结点接收到到一个数据据报后,根据数据中的的地址信息和和结点所存储储的路由信息息，选择一个个合适的路径径，将数据报报原样地发送送到下一个结结点，直到达达目的地。如如图2-26所示。因此，，当某一个结结点要发送一一个报文时，，先将报文拆拆分成若干个个带有序号和和地址信息的的数据报,依次发送到网网络结点上。。此后，各数据据报所走路径径就可能不再再相同，因为为各个结点随随时根据网络络流量、故障障等情况选择择路由，所以以不能保证各各个数据报按按顺序到达目目的地，有的的数据报甚至至还会在途中中丢失。到达达目的结点后后，再将各分分组按分组序序号进行重组组。图2-26数据报交换数据报方式没没有电路的呼呼叫建立过程程，但要为每每个数据报做做路由选择。。2.虚电路在虚电路方式式中，要进行行数据传输，，在网络的源源结点和目的的结点之间先先要建立一条条逻辑通路。。如图2-27所示。图2-27虚电路交换2.虚电路假设A结点有一个或或多个分组要要发送到C结点去，那么么它首先要发发送一个呼叫叫请求分组到到1结点，请求建建立一条到C结点的连接。。如此重复，，经过1结点→4结点→5结点→6结点,6结点最终将呼呼叫请求分组组传送到C结点。如果C结点允许接受受这个连接，，就发送一个个呼叫接收分分组沿原路线线返回到A结点。这样一一个从A结点到C结点的逻辑连连接就建立好好了。到此，，A结点就可以在在已建立好的的逻辑连接上上或者说在虚虚电路上交换换数据了。2.虚电路每个分组除了了包含数据之之外还得包含一个虚电电路标识符。。在预先建立立好的路径上上的每个结点点都知道把这这些分组引导导到哪里去，，不再需要路路由选择判定定。于是来自A结点的每一个个数据分组都都通过结点1、4、5、6到达C结点，来自C节点的每一个个数据分组也也都通过6、5、4、1到达A结点。通信结束后，，由任何一方方发出断开连连接的请求，，由另一方响响应后，清除除此虚电路。。虚电路技术和和电路交换技技术的不同之之处在于，虚虚电路方式所所建立的是逻逻辑通路，不不是专用的，，分组在每个个结点上仍然然需要缓冲，，并在线路上上进行排队等等待输出。数据报和虚电电路的差别如如下:（1）数据报的传递递路径并非惟惟一，因此经过的的各个结点都都必须执行选选择路径的操操作。而虚电电路就不同了了，其事先建建立好传送的的路径，因此此，各个结点点不必都执行行路径选择的的操作。事实实上，选择路路径操作是很很占时间的，，因此，若是是要传送大量量数据时，常常采用虚电路路的方式。（2）若就可靠性而言言，则以数据据报较佳，原因在于，，假若网络上上某个结点上上突然出现故故障，数据报报由于其传送送路径不是惟惟一的，因此此，可以另外外找路径来传传送数据，但但虚电路则因因路径是固定定的，所以可可能较易受到到影响而无法法正常传送数数据。（3）虚电路适用于于实时数据的的传送，而数数据报则不能能。报文计算机网络的的自身发展---分组交换的产产生在发送端，先先把较长的报报文划分成较短的的、固定长度度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输分组交换的原原理（一）数据据数据据数据据报文分组交换的原原理（二）每一个数据段段前面添加上上首部构成分组。首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在在左边是“前前面”分组交换的原原理（三）分组交换网以以“分组”(也称包)作为数据传输输单元依次把各分组发送送到接收端（（假定接收端端在左边）。。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3分组首部的重重要性每一个分组的首部都都含有地址等控制信息。。分组交换网中中的结点交换换机根据收到到的分组的首首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点点交换机。每一个分组由于具有有首部，所以以各自可以独独立地选择择路由。用这样的存储转发方式，最后分分组就能到达达最终目的地。分组交换的原原理（四）接收端收到分分组后剥去首首部还原成报报文。数据据首部分组

1数据据首部分组

2数据据首部分组

3收到的数据数据据数据据数据据分组交换的原原理（五）最后，在接收收端把收到的的数据恢复成为原来来的报文。这里我们假定定分组在传输输过程中没有有出现差错，，在转发时也也没有被丢弃弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换网的的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径径的变化！结点交换机主机注意分组的存存储转发过程程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组结点交换机主机在结点交换机机A暂存查找转发表找到转发的端端口在结点交换机机C暂存查找转发表找到转发的端端口在结点交换机机E暂存查找转发表找到转发的端端口最后到达目的的主机H5注意结点交换换机有多个端端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路结点交换机12341234123412341234结点交换机在结点交换机机中的输入和和输出端口之之间没有直接连线线。结点交换机处处理分组的过过程是：把收到的分组组先放入缓存（暂时存存储）；查找转发表，找出到某个个目的地址应应从哪个端口口转发；把分组送到适适当的端口转发出去。主机和结点交交换机的作用用不同主机是为用户进行信信息处理的，并向网络络发送分组，，从网络接收收分组。结点交换机对对分组进行存储转发，最后把分组组交付给目的的主机。分组交换的优优点高效动态分配传输输带宽，对通通信链路是逐逐段占用。灵活以分组为传送送单位和查找找路由。迅速不必先建立连连接就能向其其他主机发送送分组；充分分使用链路的的带宽。可靠完善的网络协协议；自适应应的路由选择择协议使网络络有很好的生生存性。现在在网络常采用用网络拓扑结结构(通信子网)，使得当发生生网络拥塞或或结点失效引引起的通信中中断，来提高高可靠性另外分组交换换可以采用面面向连接，，面向连接的的网络不一定定是电路交换换的网络。分组交换带来来的问题分组在各结点点存储转发时时需要排队，这就会造成成一定的时延。分组必须携带带的首部（里里面有必不可可少的控制信信息）也造成成了一定的开销。数据分成若干干个包，包可可以各自路由由，增加交换换和数据路由由的负担。三种交换的比比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送数据P2P1连接释放由于网络的应应用越来越广广泛，人们对对通信线路带带宽的需求越越来越高，现现有的交换技技术，已经不不能满足日益益增长的网络络应用的要求求，如交互式式的会话对实实时性要求很很高，延迟要要很小；高清清晰度电视图图像及多媒体体实时数据的的传送都要求求高速宽带的的通信网。快速分组交换换可理解为尽尽量简化协议议，只具有核核心的网络功功能，以提供供高速、高吞吞吐量、低时时延服务的交交换方式。数据交换技术术——快速分组交换换1.帧中继帧中继(FrameRelay)是在参考模型型的第二层，，即数据链路路层上传输和和交换数据的的一种简化的的方式。称为为帧中继交换换方式。特点点是简化了X.25中纠错和流量量控制的处理理过程，将网网内的处理移移到网外端系系统中来实现现，从而简化化了结点的处处理过程，缩缩短了时间，，有效的利用用了高速数据据传输信道。帧中继交换换是一种快速速分组技术，，它采用动态态分配传输带带宽和可变长长度帧的技术术，它适用于于处理突发性性信息和可变变长度帧的信信息。优点是是：高效性、、经济性、可可靠性、灵活活性和长远性性，是局域网网的最佳选择择。2.信元交换信元交换(CellModel)是一种快速分分组交换技术术，是将信息以信元元为单位进行行传送的一种种技术。信元元交换将信息息通过适配层层切割成固定定长度的信元元，信元由5个字节的首部部和48字节的信元净净负荷组成。。信元首部包包含着在信元元中继网络中中传输信息所所必须的地址址和控制信息息，信元净负负荷是用户数数据。采用信元元交换技技术，网网络不对对信元的的用户数数据进行行检查，，但信元元首部中中的CRC位将指示示信元地地址信息息的完整整性。信信元交换换适合各各种类型型信息的的传输。。是提供供综合业业务的网网络数据据基础。。3、光分分组交换换（ops）技术光通信技技术成为为21世纪初最最具发展展潜力的的技术之之一。光光分组交交换技术术将作为为一项重重要的通通信技术术得到广广泛应用用。光分组交交换的关关键技术术有光分分组的产产生、同同步、缓缓存、再再生、光光分组头头重写及及分组之之间光功功率的均均衡等。。光分组交交换网的的实用化化，取决决于一些些关键技技术如光光标记交交换、微微电机系系统及光光器件技技术等的的进步。。光分组组交换技技术能极极大地拓拓展现有有的网络络带宽，，最大限限度地提提高线路路利用率率，随着着光网络络技术、、系统技技术、光光器件技技术的发发展，光光分组交交换在不不远的将将来必将将走向实实用化。2.9差错控制制2.9.1差错的产产生与控控制在数据通通信中，，由于信信号的衰衰减和外外部电磁磁干扰，，接收端端的数据据与发送送端的数数据不一一致的现现象称为为传输差差错。数数据传输输中的差差错主要要由热噪噪声引起起的。热噪声有有两大类类：随机热噪噪声和冲击热噪噪声。2.9差错控制制2.9.1差错的产产生与控控制在通信系系统的数数据传输输过程中中，常采采用差错错控制技技术来减减少或避避免由于于热噪声声的影响响而产生生的差错错。判断断数据经经传输后后是否有有错的方方法和手手段称为为差错检测测，确保传传输数据据正确的的方法和和手段称称为差错控制制。2.9.2差错控制制的方法法1、反馈重重发检测测方法反馈重发发检测方方法又称称自动请请求重发发（ARQ）方法，，由发送送端发出出能够发发现错误误的编码码（即检检测码）），接收收端依据据检测码码的规则则来判断断编码中中有无差差错产生生，并通通过反馈馈信道把把判断结结果用规规定的信信号告知知发送端端，发送送端根据据反馈信信息，把把接收端端认为有有差错的的数据再再重新发发送一次次或多次次，直到到接收端端正确接接受为止止。2、前向纠纠错方法法向前纠错错方法（（FEC）是由发发送端发发出能纠纠错的编编码，接接收端收收到这些些编码后后，通过纠错错译码器器不仅能能自动地地发现错错误，而而且能自自动地纠纠正传输输中的错错误，然后把把纠错后后的数据据送到接接收端高高层处理理。常用用的纠错错吗有BCH码卷积码码。3、混合纠纠错方法法混合纠错错方法就就是反馈馈重发检检错和向向前纠错错两种方方法的结结合。混混合纠错错方法是是由发送送端发出出同时具具有检错错和纠错错能力的的编码，，接收端端收到编编码后检检查差错错情况，，如差错错在可纠纠正范围围内，则则自动纠纠正之，，如差错错很多，，超出了了纠正能能力，则则经反馈馈信道送送回发送送端要求求重发。。2.9.3差错错控控制制编编码码1、奇奇偶偶校校验验在面面向向字字节节的的数数据据通通信信中中，，每每个个字字节节的的尾尾部部都都加加上上1个校校验验位位，，构构成成一一个个带带有有校校验验位位的的码码组组，，使使码码组组中中““1””的个个数数称称为为偶偶数数（（称称为为偶偶校校验验））或或使使码码组组中中的的““1””的个个数数称称为为奇奇数数（（称称为为奇奇校校验验）），，并并把把整整个个码码组组一一起起发发送送出出去去，，一一个个数数据据段段以以字字节节为为单单位位加加上上校校验验码码后后连连续续传传送送。。接收收端端收收到到信信号号后后，，对对每每个个码码组组检检查查其其中中““1””的个个数数是是否否为为偶偶数数（（偶偶校校验验））或或码码组组中中““1””的个个数数是是否否为为奇奇数数（（奇奇校校验验）），，如如果果检检查查通通过过就就认认为为收收到到的的数数据据正正确确，，否否则则发发送送一一个个信信号号给给发发送送端端，，要要求求重重发发该该数数据据。。2、循循环环冗冗余余校校验验CRC码是是由由两两部部分分组组成成，，前前部部分分是是信信息息码码，，就就是是需需要要校校验验的的信信息息，，后后部部分分是是校校验验码码，，如如果