《计算机网络技术与应用》课件-第2章通信基础知识

第二章通信基础知识【学习目标】1．了解通信方面的基本概念，涉及数据、信号、信道、信号带宽和信道带宽的定义以及信道的一些主要技术指标，如调制速率、数据传输速率、信道容量。2．了解数据的多种传输方式，包括基带传输、频带传输、宽带传输、并行传输和串行传输以及单工通信、半双工通信和全双工通信的概念。3．了解异步传输和同步传输的概念。4．了解数字信号调制为模拟信号和数字信号编码。5．了解网络传输中差错控制编码的概念。6．了解频分复用技术FDM和时分复用技术TDM。7．了解数据交换技术，包括线路交换、报文交换和分组交换技术。2.1数据、信号与信道2.1.1数据、信号与信道的概念2.1.2信号带宽和信道带宽2.1.3信道的一些主要技术指标2.1.1数据、信号与信道的概念1．数据数据被定义为承载信息的物理符号或有意义的实体。描述现实中任何概念和事物的数字、文字和符号等都可以称为数据。数据按其在某个区间是否取连续值而分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间内取连续值的数据，如声音、视频、温度和压力等。数字数据则是指在某个区问内取离散值（不连续值）的数据，例文本信息、整数和二进制数字序列。2．信号信号被定义为表示数据的电信号，它是数据的表示形式，具体的电信号是电磁波或电编码。和数据取值是否连续类似，信号也可分为模拟信号和数字信号两类。模拟信号的取值是连续的，如声音信号、温度信号、电压值信号。数字信号的取值是离散的，如计算机通信中的二进制代码“1”和“o”序列所表示的信号。数据和信号是紧密相关的两个概念。数据是信息的载体，信号是数据的表示形式，模拟数据或数字数据都可以被编码表示为模拟信号或数字信号。3．信道信道被定义为传送电信号的一条媒体。一个信道可以看成一条电路的逻辑部件。由于信道构成的器件不同，类似地，信道也可以分为模拟信道和数字信道。可以传送模拟信号的信道称为模拟信道，典型的模拟信道实例是传统电话网中的传输通道，所以电话网上只能传送模拟信号；可以传送数字信号的信道称为数字信道。计算机通信网络中使用的是数字信道。数字信号需要经过数／模变换成模拟信号后才能在模拟信道上传送，同样道理，模拟信号也必须经过模／数变换成数字信号后才能在数字信道上传送。综上所述，模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号和数字信号，也可以在相应信道上传送。2.1.2信号带宽和信道带宽1．信号的时域表示和频域表示前面讲的模拟信号和数字信号都是从时域概念出发来分析信号的特征，即分析信号随时间变化的规律和特性。这里，信号表示为时间的函数f（t），f（t）确定了每一时刻信号的振幅。在数据传输中，从频域概念出发来分析信号的特征往往比从时域概念出发更为重要。从频域概念出发来分析信号随频率分布的规律和特性，信号常表示为频谱密度函数F（f），F（f）确定了组成该信号的各个频率分量。每一个信号都可以用一个时域函数f（t）表示，它一定还对应一个频谱密度函数F（f）。两个函数之间有着密切的联系，只要一个确定，另一个也随之惟一地确定，即已知f（t）可求得F（f），反之亦然。2．信号带宽根据信号分解的原理，周期信号非正弦波信号f（t）总可以用一直流分量和一系列的谐波分量之和来表示。一般情况下，谐波分量的个数无穷多，谐波振幅随着谐波次数的增高而逐渐减小，直到趋向于0。可以证明，对于非周期信号，例如一个方波，它对应的频谱图如图2.1所示。频谱图反应了信号各次谐波分量振幅随频率变化的情况。可以看出，一个信号的主要能量集中在一定的频率范围，如图2.1中0→l／τ之间，信号主要成分所集中的频率范围称为信号带宽。图2.1方波对应的频谱图及其信号带宽不论是模拟信号或数字信号，只要它是非正弦信号，其主要能量都集中在信号带宽。例如声音的频率范围分布在300Hz～3400Hz之间，所以声音信号的带宽为：3400Hz-300Hz=3100Hz。一个信号可以同时用时域中的时间函数和频域中的频谱函数来表示。可以证明，时间函数变化较快的信号必定具有较宽的频带。由此可以推出结论：信号的数据传输率越高，它的信号带宽就越宽，反之则越窄。3．信道带宽信道指的是信号传送的通路。它由具体的电路逻辑部件构成。因受电气特性的限制，只能允许一定频率的信号通过，超出这个频率范围的信号将大大衰减而引起失真。信道能够通过的这个频率范围称为信道带宽，有时也称作带宽。例如，普通电话线可以接收频率在300Hz～3400Hz之问的信号，则它的信道带宽为3100Hz。显然，只有当信道带宽大于被传送信号的带宽时，信号才能顺利通过，否则将使信号失真。信道带宽受传输介质、接口部件、传输协议等诸多因素的影响。它是决定传输系统的一个重要指标。一般来说，信道的带宽越大，信道的容量也就越大，相应的数据传输率也越高，这就是我们追求宽带网络的原因。2.1.3信道的一些主要技术指标

1．调制速率2．数据传输速率3．信道的最大数据传输率4．误码率1．调制速率调制速率是指信号经过调制后的传输速率，即调制后模拟信号每秒钟的变化次数。它等于调制周期的倒数，调制速率B可表示为：B=1/T（Baud）式中T表示调制周期，单位是秒，B表示每秒钟传输的信号单元（或码元）数，单位为波特（Baud），因此，调制速率又称波特率或码元率。1个码元代表1个波形，有时也可代表1个电平。显然，每个码元所持续的时间宽度越短，则码元率越高，因此，码元率是衡量信道数据传输能力的重要指标。2．数据传输速率数据传输速率是指每秒可以传输的二进制代码位数，单位是“位／秒”，记作b／s或bps，因此，数据传输速率又称为比特率。数据传输速率是和调制数率相关的概念。数据传输速率可表示为：S=Blog2N（bps）式中N为码元所有可能的状态数，log2N为每一个码元所表示的二进制数据的比特数。（A）码元的状态数N=2（B）码元的状态数N=4

图2.2数据传输速率和码元的状态数的关系图2.2（a）描述了码元的状态数N=2的情况，即码元只有“0”和“1”两个状态，则每个码元只传送1位二进制数据，此时，S=1/T。虽然，这种情况下，码元率数值上等于比特率，但是，在概念上两者是不相同的。Baud表示单位时间传送的码元信号的个数，而bps表示单位时间传送的二进制位数的个数。图2.2（b）描述了码元的状态数N=4的情况，即码元有“00”、“01”、“10”和“11”4个状态，则每个码元可以传送两位二进制数据，此时，S=2／T。3．信道的最大数据传输率信道能够传送的最大的数据传输率又称为信道容量。最大数据传输率是信道上传输数据量的一个极限参数。对于一个理想的无噪声干扰的低通信道，奈奎斯特（Nyquist）定理推导出其最大数据率为：Rmax=2W（Baud）=2Wlog2N（bps）式中，W是理想低通信道的带宽，单位为“Hz”。N为信道上传输码元允许的状态数。例如，如果信道上传送的是二进制信号，码元允许取两个值“1”和“0”，则N=2，log2N=l，所以Rmax=2W。假设该信道的带宽为3kHz，则信道的最大数据率为6Kbps。如果码元允许取4个值，则log2N=2，对于同样带宽为3kHz的信道，其最大数据率可达12Kbps。显然，提高码元允许的取值个数，可以扩展信道的最大数据传输率。但是，任何实际信道都不是理想的、无噪声的，信道上存在多种干扰，当信号传输时会带来各种失真。对于有随机噪声干扰的信道的最大数据传输率，香农（shannon）公式表述如下：Rmax=Wlog2（1+S／N）（bps）式中，W为信道的带宽，S为信道上所传信号的平均功率，N为信道内部的噪声功率。其中，S／N称为信噪比。信噪比常用对数来描述，单位是分贝（dB）。例如某信道的S／N为1000，则信噪比为30（dB），即10logl0（1000）=30（dB）。如果一个信道的带宽为3kHz，信噪比为30dB，则其最大数据传输率为：3000log2（1+1000）≈30000（bps）实际传输系统中，信道的最大数据传输率是无法达到的。实际数据传输率要远低于这个数值。如对于3kHz带宽的电话线，能达到9600bps就不错了。综上所述，设法使每一个码元携带更多的比特信息量，增加信道带宽或信道的信噪比是提高数据的传输速率的方法，例如实际中常采用多进制的调制方法来提高数据传输率。由于信道的带宽越宽，可以承载的数据传输率就越高，所以人们常把网络的“高数据传输速率”用网络的“高带宽”去表述。在网络技术领域中，“带宽”和“速率”几乎成了同义词。4．误码率误码率是指数字信号在传输过程中被传错的二进制位的概率。若传输的总位数为N，传错的位数为Ne，则误码率P可表示为：P=Ne／N在计算机网络中，误码率，也称为出错率。它是衡量数字通信系统可靠性的一个重要参数。一般要求误码率低于10-6，即平均每传送1Mbit，允许出错lbit。2.2数据传输方式

2.2.1按传输的信号分类2.2.2按传输数据的排列方式分类2.2.3按数据传输方向分类2.2.1按传输的信号分类1．基带传输基带就是一个信号所占有的基本频带。例如数字信号“1”或“0”的基本频带由0至若干兆赫。当信号具有基本频带时，称为基带信号。没有经过调制的原始信号是基带信号，可以是模拟的或者是数字的信号。数字信号“1”或“0”直接用两种不同的电压表示，可以用高电平或用低电平代表“1”或“0”。这种高电平和低电平不断交替的信号就是基带信号。未经调制的、基本频带在0MHz～6MHz之间的电视信号也是一种基带信号。将基带信号直接送到信道上进行传输则称为基带传输。这是一种最简单的传输方式，在近距离通信的局域网中常采用，这里将数字信号“1”或“0”直接进行传输。2．频带传输频带信号是将基带信号进行调制后形成的模拟信号。基带信号经过调制后，其频谱将发生变化，如移到较高的频率处，这种调制技术常用于传输介质的多路复用。将频带信号通过信道进行传输则称为频带传输。频带传输和基带传输相比，其最突出的优点是传输距离长，它的载波频率虽然很高，但信道容量却是有限的。3．宽带传输通过调制，基带信号的频谱可以发生移动，这样，多路的基带信号、音频信号和视频信号的频谱经过分别移动后，可以利用一条电缆的不同频段来传输，各路信号互相不会干扰，这种传输方式称为宽带传输。宽带传输提高了传输介质的利用率，例如在宽带局域网中，将文字、声音和图像的数据经调制成模拟信号后，在宽带传输系统中实现了一体化传输。2.2.2按传输数据的排列方式分类1．并行传输在并行传输中，发送端按照字符时顺序逐个传送，每位能发送多个比特。显然，在发送端和接收端需要连接多条通信信道，以保证每个比特通过一条信道。并行传输的优点是传输速度快，但系统构成费用高，所以多用于近距离传输数据。2．串行传输在串行传输中，发送端按照字符所包含的比特顺序逐位传送。在发送端和接收端只需要一条通信信道即可。由于计算机和相关设备内部的数据传送是并行的，因此在收发双方的接口上要加上并／串转换设备。串行传输方式费用低，在计算机网络中多使用这种方式。2.2.3按数据传输方向分类从通信双方数据通信时数据在信道中的传输方向，数据传输分为3种基本方式。1．单工通信2．半双工通信3．全双工通信1．单工通信数据在信道中只能向一个方向传送，无法反方向的传送。例如，无线电广播、有线广播和电视广播。显然，这种类型的传输只需要一条信道。发送端只有发送装置，接收端只有接收装置。2．半双工通信数据在信道中可以两个方向传送，但同一时刻只能向一个方向传送。通信双方都可以发送或接收数据，但不能同时发送或接收。例如，使用同一载波频率工作的无线电收发报机。当一方发送时，另一方只能接收。通信双方都需要备有发送装置和接收装置，以备交替使用，但只需要一条通信信道。3．全双工通信通信双方可同时发送或接收信息。通信双方都需要备有发送装置和接收装置，并且需要两条信道。这两条信道可以由两条实际线路构成，也可以在一条线路上通过分频技术来实现。2.3模拟通信系统与数字通信系统按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。需要指出的是，数字信号并非一定要用数字通信系统来传输，数字信号经“数字／模拟”转换后，可用模拟通信系统进行传输，反之亦然。2.3.1模拟通信系统传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。在模拟通信系统中，发送端要将各种数据的基带信号，变换成适合在信道上传输的频带信号（模拟信号），这个过程称为“调制”；接收端进行相反变换，将频带信号变换成基带信号而接收到数据，这个过程称为“解调”。调制和解调的过程由调制解调器完成。信号的调制，即波形转换的方法有多种，具体方法可参看后面的相关小节。

图2.3是一个简化了的模拟通信系统模型。

图2.3模拟通信系统模型实际应用中，传统的电话通信系统是一个典型的模拟传输系统。电话系统采用多级层次结构。目前，我国长途线路已基本实现了数字化，但从用户到市话中心局之问通过双绞线电缆连接的仍然是模拟信道。2.4异步传输和同步传输在串行数据通信中，多个比特（位）组合成字符，多个字符组合成报文。实际传输时，以比特流的形式按位传输。这里，数据的发送端与接收端之间的同步就是一个重要的问题，同步保证了接收端接收的数据与发送端发送的数据一致，即正确区分数据位、数据字节和报文，否则，接收端收到的将是一串毫无意义的信号。为此，必须解决位同步、字符同步和块同步三个问题。这里位同步正确区分信号中的每个比特；字符同步正确区分信号中的每个字符；块同步，即正确区分信号块（报文）。为了解决以上三个层次的同步问题，目前计算机网络中常采用两种方式：异步传输和同步传输。两种方式的根本区别是，发送端和接收端的时钟是独立还是同步。若发送端和接收端的时钟是独立的，则称之为异步传输；若时钟是同步的，则称之为同步传输。2.4.1异步传输异步传输以字符为单位独立传输。在异步传输时，每个字符都要在前后加上起始位和终止位，起始位为“0”，占据1位，终止位为“1”，占据1～2位，以此表示一个字符的开始和结束。在起始和终止位之间是5～8位的字符数据。图2.5描述了包含7位信息位的异步传输的例子。异步传输的实际过程可描述如下：无数据需要传输时，发送方发送连续的终止位1的信号，使传输线路一直处于高电平，即停止状态。发送字符时，发送端首先发送起始位“0”，即低电平，接收方根据这时I～0的跳变可以判定是一个字符的开始。接收了固定比特的字符数据以后，其中8位字符中还包括1位校验位，则传输线路重新置“1”，即高电平表示字符传输结束。在这个过程中，位同步通过协议事先约定的收发双方的工作速率基本一致来实现；字符同步则通过起始位和终止位来实现；块同步则需要使用传送的特殊控制字符。异步传输中，每个字符的起始时刻任意，字符与字符问的时间间隔也是任意的，传送的数据中不需要包含时钟信号，因而实现起来较简单，价格便宜。但由于每个字符都要加上起始位和终止位，因而传输效率较低，常用于低速（每秒10～1500个字符）的终端操作中。

图2.5包含7位信息位的异步传输2.4.2同步传输同步传输中，通过在数据块前后加上同步字符SYN（帧头和帧尾）标记来实现数据帧同步，接收端据此正确判定数据块（帧）的开始和结束。在面向位的同步传输中，数据块不是以字符流来处理，而是以位流来处理。如图2.6是面向比特位的同步传输的帧头和帧尾（同步字符SYN）的实例。图2.6面向比特位的同步传输的帧头和帧尾（同步字符SYN）从上图可以看出，在面向比特位的异步传输中，传输的数据可以是比特位构成的数据块（帧），其前后加上同步字符SYN，以此来标识数据块的开始与结束。例如，HDLC（High—levelDataLinkContr01）是一种面向比特的同步传输模式，采用的同步字符的比特序列是01111110。为了避免在数据块中出现同样的8个二进制位的排列，发送方通过在发送的5个连续“1”后插入一个附加的“0”的方法来避免差错。同步传输中，常用的位同步方法是自同步法，即发送端首先采用曼彻斯特或微分曼彻斯特编码方法，使得数据信号中的每一比特中间都有跳变，接收端则可从接收到的数字信号的跳变中直接提取同步信号以实现位同步。同步传输具有较高的传输效率，但实现起来较为复杂。2.5数据调制与编码2.5.1数字信号调制为模拟信号2.5.2数字信号编码2.5.1数字信号调制为模拟信号当数字信号需要经过模拟信道传输时，数字信号必须调制成模拟信号。目前，通过对正弦波载波的3个参量——振幅、频率和初相位进行改变来对基带数字信号进行调制，分别称之为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）。1．振幅键控通过改变正弦载波信号的振幅来表示数字信号0和1，如图2.7（a）所示。ASK实现容易，但抗干扰性差，数字通信中不常用。2．移频键控通过改变正弦载波信号的频率来表示数字信号0和1，如图2.7（b）中用较低频率表示0，而用较高频率表示1。3．移相键控通过改变正弦载波信号的初相来表示数字信号0和1，一般又可分为绝对调相和相对调相两种。绝对调相是用绝对的相位值来表示。如图2.7（c）中用初相为0的表示0，而用初相位为π表示1。相对调相则是利用两个数字信号的跳变产生相位变化来表示0和1。如图2.7（d）中当数字信号从0跳变到1时，相位变化π，而当数字信号从1跳变到0时，相位不发生变化。图2.7对基带数字信号的振幅键控、移频键控和移相键的控波形图PSK抗干扰性好，占用频带较窄，在数字通信中较多使用，尤其是相对调相。实际应用中，常采用多元的振幅．相位混合调制方法，以达到更高的信息传输速率。2.5.2数字信号编码数字信号在进行基带传输时，需要进行编码。数字信号编码的方法有多种，这里仅介绍在局域网中常用的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，这两种编码的最大优点是，接收端可以直接从接收的比特流中提取到位同步信号。1．曼彻斯特编码曼彻斯特编码方法描述如下：每一个比特被分成两个相等的间隔，每比特中间都会出现一次电平的跳变，规定从高电平跳变到低电平时，表示这一比特为1；从低电子跳变到高电平时，表示这一比特为0，如图2.8（a）所示。2．差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码中，每一个比特被分成两个相等的问隔，每比特中间都会出现一次电平的跳变，这和曼彻斯特编码相同。但是这个跳变并不作为0和1的标识，这一点和曼彻斯特编码方法不同。差分曼彻斯特编码方法描述如下：规定以比特周期起始端的电平跳变来判定0和1。若比特周期起始端的电平发生跳变，则该比特为0；若比特周期起始端的电平没有跳变，则该比特为1，如图2.8（b）所示。图2.8曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码由图中可见，差分曼彻斯特编码中，比特“1”的前半个间隔的电平与上一个比特的后半个间隔的电平相同；而比特“0”的前半个间隔的电平与上一个比特的后半个码元的电平相反。差分曼彻斯特编码技术较复杂，但抗干扰性能较好。2.6差错控制编码数字信号在传输过程中不可避免地会受到干扰，不管这种干扰是来自热噪声或者是冲击噪声都会造成传输出现差错。计算机网络必须具备差错检测和纠正的能力。目前，网络中常用的一种方法是由接收端对收到的数据进行检测，如有错误码出现，通知发送端重新发送该数据，可以要求多次重发，直到正确收到为止，这就是检错重发法。例如自动请求重发ARQ（AutomaticRepeatreQuest）系统就是使用的检错重发方法。这种方法中，接收端仅知道接收的数据中有错码，但不需要知道错码出现在什么位置。由于数据中出现错误码的随机性，要使得接收端能在接收到的数据中发现错码，必须进行差错控制编码。具体方法是发送端在发送数据时，增加一些二进制位，这些多余发送的比特称之为冗余位，又称监督位。可以证明，如果冗余位和数据位之间存在着某种关系，则接收端就可以检测出传输过程中出现的错误码。这种以某种方式在发送的数据中增加冗余位（编码）的方法称之为差错控制编码。计算机网络中常用的是循环冗余校验方法。循环冗余校验简称CRC（CyclicRedundancyCheck），其基本思想是：发送方首先选定一个生成多项式，将待发送的数据按一定的规则运算（模2除法）而得到冗余码，然后将数据和冗余码一起构成循环冗余校验码发送。接收方按同样的规则运算（模2除法），并根据余数是否为0即可判定传输中是否有错。循环冗余校验方法减错能力强，易于硬件实现，在计算机网络中得到广泛应用。2.7多路复用技术在计算机网络中，常使用多路复用技术，以便充分有效地利用传输介质，提高物理线路的利用率。多路复用技术可以将两个或多个彼此独立的信号组合起来形成一个复合信号，再通过一条公用信道进行传输。多路复用技术包含复合、传输、分离三个过程，如图2.9所示。其中多路复用器在发送端复合多路信号，接收端将复合信号分离出原始信号。目前，多路复用技术常用的有频分复用技术、时分复用技术、码分复用技术和波分复用技术。图2.9多路复用技术中的复合、传输、分离三个过程2.7.1频分复用技术FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）频分复用的原理是利用频谱搬移技术来实现多路信号复合传送。从信道带宽的角度来看，频分复用技术是用频率分割的方法将一条物理信道的频带固定分成若干个较窄的子频带，并且各子频带之间保留一个保护带（一定的频宽），这样一来，每个子频带构成一个子信道，可以独立地传输一路信号，如图2.10所示。图2.10频分复用技术原理多路输出频分复用技术中复合信号也称为宽带信号。被复合的各路信号必须是模拟信号。如果发送端发送的是数字信号，则需要将它变成模拟信号后再来进行复合。2.7.2时分复用技术TDM（TimeDivisionMultiplexing）时分复用技术是将一条物理传输信道分割成若干个短的时隙，并且各时隙之间保留一个保护带（一定的时间间隔），这些时隙轮流分配给多个信源使用。每一信源依次可分得一个时隙，并可使用信道的全部带宽，若干个短的时隙则构成一个复合帧，如图2.11所示。显然，要求这条物理传输信道的最高传输速率必须超过待传输的多路信号传输速率之和。图2.11时分多路复用原理多路输出时分多路复用又可以分为同步时分复用STDM（SynchronousTDM）和异步时分复用ATDM（AsynchronousTDM）。STDM主要用于电话系统中，而ATDM则主要用于计算机网络中。1．同步时分多路复用STDM同步时分多路复用STDM采用固定时隙的分配方式，即将一个帧中的一个时隙固定分配给某一个信源使用，无论信源是否有数据发送，都要占用一个时隙。显然，当信源没有数据发送时，该时隙就会成为空闲时隙而浪费信道资源，一个时隙能传输一个由比特、字符或分组等构成的数据单元，这些数据单元形成交错复用分别称为比特交错复用、字符交错复用和分组交错复用。图2.12描述了一个由4个信源组成的，数据单元为字符的字符交错复用。图中可以看出第1、3、4、5帧都有空闲时隙。图2.12数据单元为字符的字符交错复用2．异步时分复用ATDM异步时分复用动态地分配时隙，即当信源需要发送数据时，提出请求才将时隙分配给该信源，对那些在指定时刻不发送数据的信源，则不分配时隙。这种方法又称为统计时分复用，或智能时分复用。异步时分复用可以充分利用信道，每个信源的数据传输速率可以高于信道的平均速率。但是，异步时分复用不像同步时分复用那样采用时隙序号和信道序号之间固定的对应关系，所以在发送数据中要求加入地址等识别标记。图2.13描述了一个由4个信源组成的，每帧中包含3个时隙的异步时分复用例子。图中可以看出每个时隙都附有地址信息（图中阴影部分即表示的是地址信息）。图2.13每帧中包含3个时隙的异步时分复用2.8数据交换技术2.8.1线路交换技术（CircuitSwitching）2.8.2报文交换技术（MessageSwitching）2.8.3分组交换技术（PacketSwitching）2.8数据交换技术在数据通信中，任意两个收发端点之间，特别是远距离的收发端点之间直接连接专线的方法显然是不现实的。计算机网络中是通过使用数据交换技术，在一个通信子网中进行交换（转接）来实现任意两个端点之间的连接，从而将数据从发送端经过相关节点，逐点传送到接收端。目前常用的网络交换技术有线路交换技术、报文交换技术和分组交换技术。2.8.1线路交换技术（CircuitSwitching）线路交换技术在数据传输之前，必须在发送端和接收端之问建立起一条实际的专用线路，然后才能开始进行数据传输。并且，在整个数据传输期间，该专用线路一直为收发两端占用，直到数据传输结束才释放它。传统的电话网就是采取的这样一种交换技术。完成一次线路交换包括线路建立、数据传输和线路拆除三个阶段。首先由发送端发出“连接呼叫”请求，通信子网按照一定的路由算法，将该请求逐个节点转发，可能要跨越多个中间节点，最后传送到接收端。如果接收端同意通信，从原路返回一个应答信号。至此，发送端和接收端之间的专用线路即建立起来，显然，这条专用线路是由一系列中间交换节点串接而成。然后，发送端将数据经过这条专用线路传输，直至全部数据发送完毕。最后，发送端将数据全部发送完毕后，如果接收端已全部正确接收，则可以将该专用线路进行拆除。线路交换的过程十分类似于日常生活中的电话通信，要经过拨号、通话、挂机三个步骤。线路交换的最大优点是数据传输可靠性高，实时性好，缺点是通信网络利用率低，费用较高。2.8.2报文交换技术（MessageSwitching）将一个完整的信息块，例如一个文件或一个电子邮件，封装上目的地址、源地址及相关控制信息即构成一个报文。这种报文的长度无法确定。报文交换中，数据是以报文为逻辑单位，一次传送一个报文。报文交换不需要像线路交换那样使用专用线路。通信子网中的每个交换节点可以独立地为报文选择传输路经，即路由选择。通过这种方法，从发送端开始，报文在通信子网中被逐点传输给下一个节点，直至接收端。每个报文在传输过程中只是一段一段地临时使用线路，而不是占用整条端到端的线路。报文交换方式属于存储转发方式的一种。通信子网中的节点必须具有报文接收、差错校验、数据存储和转发的功能。尽管相对线路交换而言，报文交换不需要专用线路，提高了网络资源的利用率，但由于报文的长度往往可达几千至几万字节，甚至更长，报文交换时，中问节点对报文存储转发的时间相应较长，因而，不适于实时性要求较高的计算机网络通信。一般计算机网络中不使用报文交换技术。2.8.3分组交换技术（PacketSwitching）目前，计算机网络中常使用的是另一种存储转发交换技术——分组交换技术，又称为包交换技术。这里，分组是交换的基本数据单元。分组是由报文分成若干个片段，每个片段封装上目的地址、源地址及相关控制信息而构成的。每个分组的长度相同，并且分组的最大长度被限制在l00～1000字节之间。尽管分组交换技术的存储转发基本原理相同于报文交换技术，但由于每个分组的长度远小于报文长度，并且各分组长度相同，使得节点接收、存储、转发所花费的时间明显减少，提高了交换速度。目前，常见的数据通信网络，如X.25网、帧中继网、B-ISDN网、ATM网都是采用的分组交换技术。分组交换可采用数据报分组交换和虚电路分组交换两种传输方式。1．数据报分组交换技术分组在数据报分组交换中被称之为数据报。发送端将一个报文的若干个