第2章網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)本章要點(diǎn)習(xí)題學(xué)習(xí)目標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，通信技術(shù)本身的發(fā)展也和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用有著密切的聯(lián)系。數(shù)據(jù)通信就是以信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的通信方式，它為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展提供了技術(shù)支持和可靠的通信環(huán)境。本章將介紹網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信方面的基礎(chǔ)知識(shí)。本章要點(diǎn)數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型數(shù)據(jù)通信的同步技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)差錯(cuò)控制編碼數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)通信是指建立在特定通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用各種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)距離的通信終端之間傳遞數(shù)據(jù)信息。下面先介紹一些數(shù)據(jù)通信的基本概念。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成和基本原理數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成和基本原理通常將計(jì)算機(jī)或終端與數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路連接起來(lái)，達(dá)到傳輸、收集、分配和處理數(shù)據(jù)目的的系統(tǒng)，稱(chēng)其為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息處理，其中包含了通信和信息處理兩方面的含義。計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸隨著傳輸距離的增加，傳輸?shù)臏?zhǔn)確性會(huì)受到很大的影響，數(shù)據(jù)通信所關(guān)注的正是獨(dú)立于端點(diǎn)的計(jì)算機(jī)或其他數(shù)據(jù)信號(hào)源之外的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成和基本原理從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌葋?lái)看，在發(fā)送、接收信息的計(jì)算機(jī)或終端在通信系統(tǒng)中稱(chēng)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（DataTerminalEquipment）；將信號(hào)變換器等類(lèi)似的裝置稱(chēng)為數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）或數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DataCommunicationEquipment）。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成和基本原理DTE是對(duì)信息進(jìn)行收集和處理的設(shè)備，它們是信源或信宿或兼而有之。DCE在通信過(guò)程中負(fù)責(zé)將準(zhǔn)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，它可作為DTE和通信信道的連接點(diǎn)。數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)在數(shù)據(jù)通信中，常常會(huì)使用很多陌生的術(shù)語(yǔ)，下面將對(duì)這些常用術(shù)語(yǔ)進(jìn)行詳細(xì)的解釋。數(shù)據(jù)信號(hào)通信信道數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)被定義為有意義的實(shí)體，數(shù)據(jù)涉及事物形式，而信息是指數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。數(shù)據(jù)通常分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種形式。模擬數(shù)據(jù)是指在某個(gè)區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的連續(xù)的數(shù)值。信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱(chēng)為數(shù)據(jù)的電子編碼、電磁編碼，它使數(shù)據(jù)能以適當(dāng)?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸。信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種基本形式。模擬信號(hào)是指在一定數(shù)值范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號(hào)，是一種連續(xù)變化的電信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是一種離散的脈沖序列。通信信道通信信道是指電信號(hào)沿發(fā)送器到接收器的通路，它包括傳輸介質(zhì)及其有關(guān)的中間通信設(shè)備。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用的傳輸介質(zhì)有雙絞線(xiàn)、光纖、電話(huà)線(xiàn)以及衛(wèi)星通信等。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸是指電信號(hào)把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的過(guò)程。通信信道為數(shù)據(jù)信號(hào)從發(fā)送端到接收端提供了電通路，但也會(huì)使信號(hào)畸變和帶來(lái)噪聲和干擾，其結(jié)果是使數(shù)據(jù)在傳輸后造成差錯(cuò)。同時(shí)，通信信道的介質(zhì)特性不同，信息傳輸率也會(huì)不同。數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)在數(shù)據(jù)通信中有很多技術(shù)指標(biāo)，下面將對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。傳輸速率信道帶寬信道容量出錯(cuò)率數(shù)據(jù)延遲吞吐量傳輸速率1）碼元速率（RB）碼元速率又稱(chēng)信號(hào)速率，它表示所傳送的碼元數(shù)每秒，單位為“波特”（Baud）。數(shù)字信號(hào)在傳輸中是用離散值來(lái)表示的，每一個(gè)離散值即為一個(gè)碼元。2）數(shù)據(jù)速率（Rb）數(shù)據(jù)速率是指?jìng)魉偷男畔⒘棵棵耄瑔挝粸閎it/s，記為bps（bitpersecond）。由于二進(jìn)制信號(hào)每個(gè)碼元含1個(gè)bit信息，故碼元速率和數(shù)據(jù)速率在數(shù)值上是相等的。但對(duì)于M進(jìn)制信號(hào)，數(shù)據(jù)速率大于碼元速率，兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系式是：Rb=RBlog2M傳輸速率3）報(bào)文速率（Rm）報(bào)文速率是指單位時(shí)間內(nèi)所傳送報(bào)文（Message）的數(shù)量。在傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，其單位可以是“字符/秒”。在不同的設(shè)備中，隨著編碼技術(shù)和信號(hào)形式的不同，報(bào)文速率也就不同。同步傳輸?shù)膱?bào)文速率要比異步傳輸?shù)膱?bào)文速率高。信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占據(jù)的頻率范圍，通常也被稱(chēng)為信道的通頻帶，它是由信道的物理特性所決定的。信道容量信道容量是表示一個(gè)信道傳輸數(shù)字信號(hào)的能力，用信道中可以傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)率作為指標(biāo)。當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)速率超過(guò)信道的最大信號(hào)速率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生失真，因此，信道容量受帶寬的制約。通常信道容量和信道帶寬具有正比的關(guān)系，帶寬越大，容量越大。要提高信號(hào)的傳輸率，信道就要有足夠的帶寬，目前人們也常用信道帶寬來(lái)表示信道容量。出錯(cuò)率出錯(cuò)率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或信道傳輸可靠性的一個(gè)指標(biāo)。它一般指?jìng)鬏斨谐霈F(xiàn)錯(cuò)誤碼元（或bit）的個(gè)數(shù)占傳輸總碼元（或bit）數(shù)的比例，即誤碼率。但有時(shí)也指?jìng)鬏斨绣e(cuò)誤的字符數(shù)、信息組數(shù)，它們的表示公式如下：1）誤碼率（Pe）Pe=接收中錯(cuò)誤的碼元數(shù)/傳輸?shù)目偞a元數(shù)2）誤bit率（Pb）出錯(cuò)率Pb=接收中錯(cuò)誤的bit數(shù)/傳輸?shù)目俠it數(shù)3）誤字符率（Pw）Pw=接收中錯(cuò)誤的字符數(shù)/傳輸?shù)目傋址麛?shù)4）誤組率（PB）PB=接收中錯(cuò)誤的組數(shù)/傳輸?shù)目偨M數(shù)數(shù)據(jù)延遲對(duì)信道而言，延遲用來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)中相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的傳播時(shí)間。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)上的某一站點(diǎn)來(lái)講，延遲表示從接收信息到將該信息再轉(zhuǎn)發(fā)出去的時(shí)間。吞吐量吞吐量在數(shù)值上表示網(wǎng)絡(luò)或交換設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸或交換的總信息量，吞吐量的單位為bps。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)是一組有意義的實(shí)體，信號(hào)則是對(duì)數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，數(shù)據(jù)信號(hào)可用于表示任何信息。可以把數(shù)據(jù)理解成有意義的邏輯實(shí)體，而信號(hào)則是邏輯數(shù)據(jù)在實(shí)際傳輸介質(zhì)中的表現(xiàn)形式。在數(shù)據(jù)通信中，各種數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理都必須被轉(zhuǎn)換為0或1表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，這些0或1表示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串必須被轉(zhuǎn)換成通信信號(hào)才能在通信線(xiàn)路中進(jìn)行傳輸，也就是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或者其他信號(hào)，這種對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的方法就是數(shù)據(jù)編碼技術(shù)。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與編碼在通信系統(tǒng)中，模擬信號(hào)在時(shí)間和振幅上都是連續(xù)的，它雖然直觀(guān)、易于實(shí)現(xiàn)，但是存在保密性差、抗干擾能力弱等缺點(diǎn)。數(shù)字信號(hào)的振幅取值為離散的，信號(hào)振幅的數(shù)值被限制在有限的離散數(shù)值內(nèi)，數(shù)字信號(hào)的保密性較高，而且抗干擾能力強(qiáng)；但其存在占用頻帶較寬、處理技術(shù)復(fù)雜等缺點(diǎn)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)稱(chēng)為模擬通信系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)發(fā)送端，信源發(fā)送的是基帶信號(hào)，即沒(méi)有經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的原始信號(hào)，只有通過(guò)調(diào)制解調(diào)器將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合模擬信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)后才能夠在模擬信道中傳輸；而在數(shù)據(jù)的接收端，需要通過(guò)調(diào)制解調(diào)器將接收到的頻帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)后，接收方才能夠順利地讀取和接收發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)。模擬信道傳輸數(shù)字信號(hào)的簡(jiǎn)化模型數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼模擬信號(hào)的發(fā)送基礎(chǔ)是一種稱(chēng)為載波信號(hào)的連續(xù)的頻率恒定的信號(hào)，通常會(huì)采用載波的3種特性之一對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼：振幅、頻率、相位。幅移鍵控法（ASK，Amplitude-shiftKeying）頻移鍵控法（FSK，F(xiàn)requency-shiftKeying）相移鍵控法（PSK，Phase-shiftKeying）幅移鍵控法（ASK，Amplitude-shiftKeying）幅移鍵控法是通過(guò)正弦載波信號(hào)的振幅變換來(lái)進(jìn)行編碼的，振幅是關(guān)于基帶數(shù)字信號(hào)的變量，每種振幅代表了數(shù)字信號(hào)元。頻移鍵控法（FSK，F(xiàn)requency-shiftKeying）

頻移鍵控法是通過(guò)正弦載波信號(hào)的頻率的變換來(lái)進(jìn)行編碼的，頻率是關(guān)于基帶數(shù)字信號(hào)的變量，每種頻率代表了數(shù)字信號(hào)元。相移鍵控法（PSK，Phaes-shiftkeying）相移鍵控法是通過(guò)正弦載波信號(hào)的相位變換來(lái)進(jìn)行編碼的，相位是關(guān)于基帶數(shù)字信號(hào)的變量，每種相位代表了數(shù)字信號(hào)元。當(dāng)相位為0時(shí)表示數(shù)據(jù)0，相位為π時(shí)表示數(shù)據(jù)為1。數(shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼使用高、低電平的方式來(lái)表示1、0這兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)最簡(jiǎn)單的辦法。常用的數(shù)字信號(hào)編碼方式有多種。信號(hào)編碼方式數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼不歸零編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼不歸零編碼不歸零編碼有兩種類(lèi)型：?jiǎn)螛O性不歸零編碼和雙極性不歸零編碼。單極性不歸零編碼用一個(gè)正電平表示“1”，用零電平表示“0”；而雙極性不歸零編碼用一個(gè)正電平表示“1”，用一個(gè)負(fù)電平表示“0”。兩種不歸零編碼都有一個(gè)顯著特征，在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，電平都不歸零。曼徹斯特編碼在曼徹斯特編碼中，每個(gè)比特位都被分成兩個(gè)相同的時(shí)間間隔，其間有一個(gè)電壓的跳變，規(guī)定從高電平跳變到低電平時(shí)，表示這一比特為“0”；從低電平跳變到高電平時(shí)，表示這一比特為“1”。由于時(shí)鐘和數(shù)據(jù)都包含在信號(hào)數(shù)據(jù)流中，這種編碼也被稱(chēng)為自同步編碼。曼徹斯特編碼的缺點(diǎn)是所占的頻帶寬度比基帶信號(hào)增加了一倍。差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼用每一位周期開(kāi)始端的電壓跳變來(lái)表示“0”或“1”的編碼，即在每一位的開(kāi)始端如果有跳變則表示數(shù)據(jù)“0”，無(wú)跳變則表示數(shù)據(jù)“1”，每一位中間的跳變只用作同步時(shí)鐘信號(hào)。差分曼徹斯特編碼也是一種自同步編碼，它的特點(diǎn)是能夠始終保持直流的平衡，這是因?yàn)樵诿恳粋€(gè)數(shù)據(jù)位均采用不同電平的兩個(gè)半位來(lái)表示。模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼通常情況下，使用脈沖編碼調(diào)制（PCM，PulseCodeModulation）能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。PCM將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程分為采樣、量化和編碼3個(gè)步驟。采樣量化編碼采樣這里所說(shuō)的采樣是指對(duì)模擬信號(hào)定時(shí)采樣。要保證不失真地還原出初始的模擬信號(hào)，采樣頻率不能低于模擬信號(hào)自身最高頻率（fm）的2倍。這就意味著需要按照采樣時(shí)間周期T（T≤1/(2fm)）的時(shí)間間隔測(cè)量模擬信號(hào)的幅度值。量化量化是將采樣幅度值賦予一個(gè)整數(shù)值。在這里使用數(shù)字2的倍數(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行量化。編碼編碼是將量化后的結(jié)果轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制代碼。在編碼時(shí)，二進(jìn)制位數(shù)越多，量化精度越高。信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字傳輸系統(tǒng)到達(dá)接收方后，由接收方還原出和原來(lái)一樣的一系列脈沖信號(hào)。PCM的基本原理數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型數(shù)據(jù)的傳輸類(lèi)型，可以按照不同的分類(lèi)方法進(jìn)行劃分，下面將介紹幾種常用的數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型。基帶傳輸、頻帶傳輸與寬帶傳輸并行傳輸和串行傳輸單工通信、半雙工通信和全雙工通信基帶傳輸、頻帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸頻帶傳輸寬帶傳輸基帶傳輸所謂基帶，是一個(gè)原始信號(hào)所占有的基本頻帶，若信號(hào)具有基本頻帶時(shí)，稱(chēng)為基帶信號(hào)。通常情況下，沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始信號(hào)都是基帶信號(hào)，可以是模擬的或者是數(shù)字的信號(hào)。基帶傳輸是一種最簡(jiǎn)單的傳輸方式，它將基帶信號(hào)直接送到信道上進(jìn)行傳輸。基帶信號(hào)所占有頻帶很寬，基帶傳輸時(shí)需要獨(dú)占信道的帶寬，傳輸易于衰減，傳輸距離受到限制。頻帶傳輸將基帶信號(hào)調(diào)制后形成的模擬信號(hào)稱(chēng)為頻帶信號(hào)，將頻帶信號(hào)通過(guò)信道進(jìn)行傳輸則稱(chēng)為頻帶傳輸。頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是傳輸距離長(zhǎng)。寬帶傳輸多路的基帶信號(hào)、音頻信號(hào)和視頻信號(hào)通過(guò)調(diào)制后，可以利用一條電纜的不同頻段來(lái)傳輸，其中各條信號(hào)互相不會(huì)干擾，這種傳輸方式稱(chēng)為寬帶傳輸。寬帶傳輸一般指?jìng)鬏斀橘|(zhì)的頻帶寬度為300MHz～400MHz。寬帶傳輸提高了傳輸介質(zhì)的利用率。并行傳輸和串行傳輸從傳輸數(shù)據(jù)的方式來(lái)看，可將數(shù)據(jù)傳輸分為串行傳輸和并行傳輸兩類(lèi)。串行傳輸并行傳輸串行傳輸在串行傳輸中，在發(fā)送端和接收端利用一條通信信道，發(fā)送端按照字符所包含的比特順序逐位傳送。在傳輸?shù)倪^(guò)程中，需要在收發(fā)雙方的接口上加上并/串轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于串行傳輸方式費(fèi)用低、實(shí)現(xiàn)方便，因此這種方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用。串行傳輸方式串行傳輸方式并行傳輸在并行傳輸中，發(fā)送端和接收端提供了多條通信信道，發(fā)送端按照字符順序逐個(gè)傳送，每位能發(fā)送多個(gè)比特，每個(gè)比特通過(guò)一條信道。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本高，因此它多用于近距離傳輸數(shù)據(jù)。并行傳輸單工通信、半雙工通信和全雙工通信

按照通信雙方數(shù)據(jù)通信時(shí)數(shù)據(jù)在信道中的傳輸方向，數(shù)據(jù)傳輸分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信3種方式。單工通信半雙工通信全雙工通信單工通信單工通信是指數(shù)據(jù)通過(guò)一條信道，只能向一個(gè)方向傳送，數(shù)據(jù)只能從A站到B站。在數(shù)據(jù)的發(fā)送端只有發(fā)送裝置，接收端只有接收裝置，而不需要同時(shí)具有發(fā)送和接收裝置。半雙工通信半雙工通信是指數(shù)據(jù)在一條通信信道中，從兩個(gè)方向上傳送，但在某個(gè)時(shí)刻只能單向傳送。通信雙方都可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)發(fā)送或接收。在半雙工通信時(shí)，當(dāng)一方發(fā)送時(shí)，另一方只能接收。通信雙方都需要備有發(fā)送裝置和接收裝置，通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行切換，交替發(fā)送或接收。全雙工通信全雙工通信是指通信雙方能夠同時(shí)發(fā)送或接收信息。要實(shí)現(xiàn)全雙工通信，需要通信雙方都具備發(fā)送裝置和接收裝置，并且需要兩條信道。單工通信、半雙工通信和全雙工通信示意圖

單工通信、半雙工通信和全雙工通信示意圖數(shù)據(jù)通信的同步技術(shù)在數(shù)據(jù)通信的過(guò)程中，需要迫切地解決數(shù)據(jù)同步的問(wèn)題，這是保證數(shù)據(jù)信號(hào)正確發(fā)送和接收的一個(gè)重要前提。無(wú)論是并行傳輸還是串行傳輸，都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)同步操作。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，并行傳輸是通過(guò)增加控制信號(hào)線(xiàn)來(lái)保證數(shù)據(jù)的同步；串行傳輸是通過(guò)嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)的同步。數(shù)據(jù)通信的同步技術(shù)串行數(shù)據(jù)通信是由若干個(gè)比特位組合成字符，再由多個(gè)字符組合成報(bào)文。實(shí)際傳輸時(shí)，以比特流的形式按位傳輸。這里，同步保證了接收端接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，即正確區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)位、數(shù)據(jù)字節(jié)和報(bào)文。為此，同步操作必須解決位同步、字符同步和塊同步3個(gè)問(wèn)題。位同步：接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率，來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，以確保區(qū)分信號(hào)中的每個(gè)比特。數(shù)據(jù)通信的同步技術(shù)字符同步：保證收發(fā)雙方能夠正確傳輸字符的過(guò)程稱(chēng)為字符同步，它能夠正確區(qū)分信號(hào)中的每個(gè)字符。塊同步：保證收發(fā)雙方能夠正確傳輸數(shù)據(jù)塊的過(guò)程稱(chēng)為塊同步，它正確區(qū)分信號(hào)塊（報(bào)文）。數(shù)據(jù)通信的同步技術(shù)異步傳輸同步傳輸異步傳輸以字符為單位獨(dú)立傳輸是異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。在數(shù)據(jù)進(jìn)行異步傳輸時(shí)，在每個(gè)字符的前后需要添加起始位和終止位，以此表示一個(gè)字符的開(kāi)始和結(jié)束。在起始位和終止位之間是5～8位的字符數(shù)據(jù)。異步傳輸在異步傳輸中，收發(fā)雙方通過(guò)事先約定的一個(gè)傳輸速率來(lái)實(shí)現(xiàn)位同步；通過(guò)起始位和終止位實(shí)現(xiàn)字符同步；使用傳送的特殊控制字符實(shí)現(xiàn)塊（幀）同步。異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)如下：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單：每個(gè)字符的起始時(shí)刻任意，字符與字符間的時(shí)間間隔也是任意的，傳送的數(shù)據(jù)中不需要包含時(shí)鐘信號(hào)。異步傳輸傳輸效率較低：每個(gè)字符都要加上起始位和終止位，因此造成了傳輸效率較低。傳輸速率低：收發(fā)雙方的傳輸速率總會(huì)有差異，常用于低速的終端操作。同步傳輸在數(shù)據(jù)同步傳輸中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀同步的方法是通過(guò)在數(shù)據(jù)塊前后加上幀頭和幀尾標(biāo)記，接收端根據(jù)這個(gè)標(biāo)記來(lái)正確判定數(shù)據(jù)塊（幀）的開(kāi)始和結(jié)束位置。同步傳輸有兩種方式，一種是面向字符的同步傳輸，另一種是面向比特的同步傳輸，下面將對(duì)面向比特的同步傳輸進(jìn)行講解。同步傳輸在面向比特的同步傳輸中，數(shù)據(jù)塊是以比特流來(lái)處理的。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是比特位構(gòu)成的數(shù)據(jù)塊（幀），其前后加上標(biāo)志序列FLAG，以此來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始與結(jié)束。數(shù)據(jù)交換技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)交換為目的的，從交換技術(shù)的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要經(jīng)歷了電路交換、報(bào)文交換、分組交換的發(fā)展過(guò)程。下面將詳細(xì)介紹這3種數(shù)據(jù)交換技術(shù)。電路交換技術(shù)報(bào)文交換技術(shù)分組交換技術(shù)電路交換技術(shù)電路交換技術(shù)是指在發(fā)送端和接收端之間建立起一條實(shí)際的專(zhuān)用線(xiàn)路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸期間，該專(zhuān)用線(xiàn)路一直為收發(fā)兩端占用，直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束才被釋放。電路交換技術(shù)通常包含線(xiàn)路建立、數(shù)據(jù)傳輸、線(xiàn)路的拆除3個(gè)主要的通信階段。線(xiàn)路建立階段數(shù)據(jù)傳輸階段線(xiàn)路拆除階段線(xiàn)路建立階段在通信結(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有數(shù)據(jù)信息需要交換時(shí)，通信結(jié)點(diǎn)處于初始狀態(tài)。此時(shí)必須建立端對(duì)端的線(xiàn)路。數(shù)據(jù)傳輸階當(dāng)通信雙方建立通信線(xiàn)路后，就進(jìn)入了數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，在這個(gè)階段，數(shù)據(jù)在建立的線(xiàn)路上進(jìn)行傳輸。通常情況下，由于數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，所以在建立通信線(xiàn)路時(shí)需要完成雙向通信邏輯信道的建立。線(xiàn)路拆除階段線(xiàn)路拆除階段是指當(dāng)數(shù)據(jù)通信完后，通信雙方應(yīng)該釋放建立起的通信線(xiàn)路。首先由通信雙方中的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢方發(fā)起拆除線(xiàn)路的信號(hào)，在收到了接收方的同意拆除應(yīng)答后，此通信線(xiàn)路將被拆除而釋放，此后又回到了初始狀態(tài)。線(xiàn)路拆除階段在電路交換技術(shù)中，其優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)很小，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性好，交換設(shè)備成本較低等；而其缺點(diǎn)在于通信網(wǎng)絡(luò)利用率低，費(fèi)用較高，不具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力和差錯(cuò)控制能力，無(wú)法檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)差錯(cuò)。電路交換比較適于信息量大、長(zhǎng)報(bào)文的固定用戶(hù)間的通信。報(bào)文交換技術(shù)報(bào)文交換技術(shù)是將用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文存儲(chǔ)在交換設(shè)備的存儲(chǔ)器中，當(dāng)所需要的傳輸線(xiàn)路空閑時(shí)，由交換設(shè)備將該報(bào)文發(fā)向下站接收交換機(jī)或終端。數(shù)據(jù)報(bào)文以“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”的方式在通信網(wǎng)內(nèi)傳輸。報(bào)文交換技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：傳輸效率高：報(bào)文交換可以同時(shí)將數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送給多個(gè)目的地址，傳輸效率高。靈活性高：數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送可隨時(shí)進(jìn)行，只要用戶(hù)有發(fā)送數(shù)據(jù)的需要，就能夠立即將數(shù)據(jù)發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)中。報(bào)文交換技術(shù)開(kāi)銷(xiāo)小：報(bào)文交換技術(shù)不需要建立通信線(xiàn)路連接的過(guò)程，因此可以節(jié)省建立與撤銷(xiāo)線(xiàn)路連接的開(kāi)銷(xiāo)。線(xiàn)路利用率高：由于報(bào)文交換技術(shù)是存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)之一，它可以充分利用每個(gè)中間交換結(jié)點(diǎn)處的空閑線(xiàn)路，使得通信線(xiàn)路使用率高。報(bào)文交換技術(shù)通信能力強(qiáng)：報(bào)文交換技術(shù)容錯(cuò)能力較強(qiáng)，它可以很容易利用其他的通信線(xiàn)路進(jìn)行傳輸。傳輸延遲較大：由于報(bào)文交換技術(shù)大量依賴(lài)于通信網(wǎng)絡(luò)的中間交換結(jié)點(diǎn)，造成數(shù)據(jù)傳輸延遲大并且不穩(wěn)定，不適宜實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或交互數(shù)據(jù)的處理。分組交換技術(shù)分組交換技術(shù)，又稱(chēng)為包交換技術(shù)。在分組交換技術(shù)中，分組是交換的基本數(shù)據(jù)單元，它分組是將報(bào)文分成若干個(gè)片段，每個(gè)片段封裝上目的地址、源地址及相關(guān)控制信息而構(gòu)成。分組交換可采用數(shù)據(jù)報(bào)分組交換和虛電路分組交換兩種傳輸方式。數(shù)據(jù)報(bào)分組交換虛電路分組交換數(shù)據(jù)報(bào)分組交換分組數(shù)據(jù)報(bào)交換方式是一種無(wú)連接的服務(wù)提供方式，在分組流管理中，每一片分組都被獨(dú)立地處理。每片分組都被網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)地進(jìn)行存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)，最終將被送至接收結(jié)點(diǎn)。在分組數(shù)據(jù)報(bào)交換中，是在發(fā)送端將數(shù)據(jù)分成了許多小的分組，在接收方將接收所有的分組并進(jìn)行數(shù)據(jù)的重新組合。虛電路分組交換虛電路分組交換方式是面向連接的服務(wù)提供方式，在數(shù)據(jù)發(fā)送之前要建立一條邏輯連接，連接建立后，分組數(shù)據(jù)將在這條邏輯連接上傳輸。虛電路技術(shù)建立的是邏輯信道，而并不是電路交換中具有一條專(zhuān)用的獨(dú)占物理信道。通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)分組交換和虛電路分組交換兩種傳輸方式，分組交換提供了更靈活和有效的服務(wù)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)通信的要求提供不同的服務(wù)。多路復(fù)用技術(shù)為了更加充分有效地利用傳輸介質(zhì)，提高物理線(xiàn)路的利用率，人們實(shí)現(xiàn)了多路復(fù)用技術(shù)（Multiplexing）。多路復(fù)用技術(shù)使用單一的信道進(jìn)行多路信號(hào)的傳輸，整個(gè)過(guò)程包含了復(fù)合、傳輸和分離3個(gè)過(guò)程。其中多路復(fù)用器在發(fā)送端復(fù)合多路信號(hào)，接收端將復(fù)合信號(hào)分離出原始信號(hào)。多路復(fù)用技術(shù)中的過(guò)程多路復(fù)用技術(shù)如今，多路復(fù)用技術(shù)有頻分復(fù)用技術(shù)、時(shí)分復(fù)用技術(shù)、碼分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)等，下面將進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用技術(shù)FDM時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM碼分復(fù)用技術(shù)CDMA波分多路復(fù)用WDM頻分復(fù)用技術(shù)FDM利用頻譜搬移來(lái)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)復(fù)合傳送的技術(shù)稱(chēng)為頻分復(fù)用技術(shù)（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）。頻分復(fù)用技術(shù)是將一條物理信道的頻帶用頻率分割的方法固定分成若干個(gè)較窄的子頻帶，并在各子頻帶之間保留一定的頻寬，以確保每個(gè)子頻帶構(gòu)成一個(gè)子信道，可以獨(dú)立地傳輸一路信號(hào)。頻分復(fù)用技術(shù)FDM頻分復(fù)用技術(shù)中復(fù)合信號(hào)也稱(chēng)為寬帶信號(hào)。被復(fù)合的各路信號(hào)必須是模擬信號(hào)。時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM將一條物理傳輸信道分割成若干個(gè)短的時(shí)隙，并且各時(shí)隙之間保留一定的時(shí)間間隔，時(shí)隙輪流分配給多個(gè)信源使用，這種復(fù)用技術(shù)稱(chēng)為時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM，TimeDivisionMultiplexing）。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，每一個(gè)信源依次可分得一個(gè)時(shí)隙，并可使用信道的全部帶寬，若干個(gè)短的時(shí)隙則構(gòu)成一個(gè)復(fù)合幀。時(shí)分多路復(fù)用原理碼分復(fù)用技術(shù)CDMA為了區(qū)分用戶(hù)，碼分復(fù)用技術(shù)（CDMA，CodeDivisionMultiplexingAccess）給每一個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)地址碼，它是基于碼型來(lái)分割信道的。這些地址碼碼型互不重疊，通過(guò)擴(kuò)頻技術(shù)，所有用戶(hù)使用不同的擴(kuò)頻編碼來(lái)共享信道的頻率資源。碼分復(fù)用技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，它主要用于無(wú)線(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)算機(jī)連網(wǎng)通信。波分多路復(fù)用WDM波分多路復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）是將光纖信道按波長(zhǎng)劃分成多個(gè)波段，每一路光信號(hào)占用一個(gè)波段，利用衍射光柵實(shí)現(xiàn)不同頻率光波的合成與分解，從而實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)共享一條光纖。波分多路復(fù)用主要在光纖網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用。差錯(cuò)控制編碼人們總希望數(shù)據(jù)在通信線(xiàn)路中能夠100%正確無(wú)誤地傳輸，但是由于來(lái)自信道內(nèi)部或者外部的干擾，總是會(huì)引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤。因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須具備差錯(cuò)檢測(cè)和糾正的能力。目前，檢錯(cuò)重發(fā)是網(wǎng)絡(luò)中常用的確保發(fā)送正確率的一個(gè)方法。接收端需要進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼，這樣才能夠在接收到的數(shù)據(jù)中及時(shí)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼。奇偶校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼所謂奇偶校驗(yàn)碼，是指通過(guò)在數(shù)據(jù)二進(jìn)制串中增加冗余位0或1，使得數(shù)據(jù)代碼中1的個(gè)數(shù)恒定為奇數(shù)或者是偶數(shù)，以達(dá)到校驗(yàn)的目的。通常情況下，又分為垂直奇偶校驗(yàn)和水平奇偶校驗(yàn)兩種類(lèi)型。垂直奇偶校驗(yàn)水平奇偶校驗(yàn)垂直奇偶校驗(yàn)這里先以垂直奇校驗(yàn)為例，顧名思義，它是指在數(shù)據(jù)發(fā)送的過(guò)程中，在垂直方向上添加了一個(gè)冗余位，該位中的取值或0或1，使得垂直方向上1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，按列的方向發(fā)送。垂直奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)接收方通過(guò)檢測(cè)二進(jìn)制串中1的個(gè)數(shù)，即可判定同一字符中是否有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤位出現(xiàn)，但不能判定偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤位。水平奇偶校驗(yàn)水平奇偶校驗(yàn)是指在數(shù)據(jù)二進(jìn)制串中每行代碼上都增加了1個(gè)冗余位，或0或1，若使得1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，稱(chēng)為偶校驗(yàn)；若為奇數(shù)，稱(chēng)為奇校驗(yàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，按列的方向發(fā)送，可見(jiàn)由校驗(yàn)位組成的代碼塊最后傳送。數(shù)字0～5的水平奇校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，發(fā)送方對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)按一定的