數(shù)據(jù)通信傳輸類型

1、數(shù)據(jù)通信傳輸類型在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信中有兩種通信方式，即串行通信和并行通信。串行通信常用于計(jì)算機(jī)之間的通信，并行通信則一般用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部之間或近距離設(shè)備的傳輸通信。在串行通信中，還要考慮到通信的方向以及通信過(guò)程中的同步和異步傳輸問(wèn)題。 串行傳輸與并行傳輸串行通信和并行通信是兩種基本的通信方式。計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的并行通信一般通過(guò)計(jì)算機(jī)的并行端口（ LPT ），串行通信通過(guò)串行端口（ COM ）。普通微機(jī)支持 4 個(gè)以上的 COM 端口和 3 個(gè)以上的 LPT 端口，但一般只有 2 個(gè) COM 端口和 1 個(gè) LPT 端口有效。每個(gè)端口使用不同的中斷號(hào)和端口地址，且不能同其他設(shè)備沖突。通過(guò)打開(kāi)“

2、控制面板”，依次選擇“系統(tǒng)”，“設(shè)備管理器”和“端口”，可以查看有效的通信端口以及所使用的資源。如圖 2-11 所示。 通過(guò)該對(duì)話框可以設(shè)置 COM 端口的波特率、數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)類型、停止位以及流量控制協(xié)議。流量控制是當(dāng)指定緩沖區(qū)已滿，無(wú)法從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收更多數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該采取的動(dòng)作，流量控制有 3 個(gè)可選值：硬件、 XON XOFF 和無(wú)。通信雙方的計(jì)算機(jī)必須使用同樣的參數(shù)設(shè)置。1.串行通信方式串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)?，先由具有幾位總線的計(jì)算機(jī)內(nèi)的發(fā)送設(shè)備，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并 / 串轉(zhuǎn)換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位經(jīng)通信線路到達(dá)接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串

3、行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚?，但?duì)于覆蓋面極其廣闊的公用電話系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具有更大的現(xiàn)實(shí)意義。串行數(shù)據(jù)線有三種不同配置：?jiǎn)喂ねㄐ?、半雙工通信、全雙工通信。(1)單工通信數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)從發(fā)送端 A 傳送到接收端。單工通信的線路，一般采用兩個(gè)信道，一個(gè)傳送數(shù)據(jù)，一個(gè)傳送控制信號(hào)，簡(jiǎn)稱為“二線制”。例如，在家中收看電視節(jié)目，觀眾無(wú)法給電視臺(tái)傳送數(shù)據(jù)，只能由電視臺(tái)單方向給觀眾傳送畫面數(shù)據(jù)。(2)半雙工通信數(shù)據(jù)信息可以雙向傳送，但是在每一時(shí)刻只能朝一個(gè)方向流動(dòng)，該方式要求 A 、 B 端都有發(fā)送裝置和接收裝置。若想改變信息的傳輸方向，需要利用開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。如無(wú)線對(duì)講

4、機(jī)，甲方講話時(shí)，乙方無(wú)法講；需要等甲方講完，乙方才能講。(3)全雙工通信能同時(shí)在兩個(gè)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即有兩個(gè)通道，它相當(dāng)于將兩個(gè)方向相反的單工通信方式組合起來(lái)。一般采用四線制。例如，日常生活中使用的電話，雙方可以同時(shí)講話。全雙工通信效率高，控制簡(jiǎn)單，但造價(jià)高，適用于計(jì)算機(jī)之間的通信。2.并行通信方式并行通信傳輸中有多個(gè)數(shù)據(jù)位（一般為 8 個(gè)）同時(shí)在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。接收設(shè)備可同時(shí)接收到這些數(shù)據(jù)，不需要做任何變換就可直接使用。并行方式主要用于近距離通信，最典型的例子是計(jì)算機(jī)和并行打印機(jī)之間的通信。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速

5、度快，處理簡(jiǎn)單。異步傳輸與同步傳輸在串行通信中，通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)序列必須在時(shí)間上取得一致，這樣才能保證接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，這就是通信中的同步。.同步傳輸同步傳輸就是使接收端接收的每一位數(shù)據(jù)信息都要和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間沒(méi)有間斷時(shí)間。實(shí)現(xiàn)這種同步的方法又有自同步法和外同步法。自同步法從數(shù)據(jù)信息波形本身提取同步信號(hào)，例如曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼的每個(gè)碼元中間均有躍變，利用這些躍變作為同步信號(hào)。外同步法則在發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)信息以前，向接收端先發(fā)出一個(gè)或多個(gè)同步字符，接收端按照這個(gè)同步字符來(lái)調(diào)整其內(nèi)部時(shí)序，并把接收時(shí)序重復(fù)頻率鎖定在同步頻率上，以便也能用同步頻率接收數(shù)據(jù)，然后向發(fā)送端發(fā)

6、送準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)的確認(rèn)信息，發(fā)送端收到確認(rèn)信息后開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。2. 異步傳輸在異步傳輸中，發(fā)送端在發(fā)送字符時(shí)，在每個(gè)字符前設(shè)置 1 位起始位，在每個(gè)字符之后設(shè)置 1 位或 1.5 位或 2 位停止位。起始位為低電平，停止位為高電平。每個(gè)字符一般為 4 8 位，一般 5 位字符的停止位是 1.5 位， 8 位字符的停止位是 2 位。在 8 個(gè)字符中可以包含 1 位校驗(yàn)位，可以是奇校驗(yàn)，也可以是偶校驗(yàn)，也可以無(wú)校驗(yàn)位。在發(fā)送端不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸線處于高電平狀態(tài)，當(dāng)接收端檢測(cè)到低電平（即起始位），表示發(fā)送端開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，于是便開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，在接收了一個(gè)字符的數(shù)據(jù)位后，傳輸線將處于高電平狀態(tài)。在異步傳輸

7、中，任何兩個(gè)字符之間時(shí)間可以隨機(jī)的、不同步的，但在一個(gè)字符時(shí)間之內(nèi)，收發(fā)雙方各數(shù)據(jù)位必須同步。這種傳輸方式又稱為起止式同步方式。2.4.3 多路復(fù)用技術(shù)在長(zhǎng)途通信中，一些高容量的同軸電纜、地面微波、衛(wèi)星設(shè)施以及光纜，其可以傳輸?shù)念l率帶寬很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，使多路數(shù)據(jù)信號(hào)共享一條線路進(jìn)行傳輸。多路復(fù)用（ multiplexing ） , 意思是系統(tǒng)資源可以被多個(gè)用戶共享。直觀的說(shuō)，可以將多路復(fù)用解釋為類似一個(gè)分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一個(gè)物理 CPU 被多項(xiàng)任務(wù)共享（多路復(fù)用），每項(xiàng)任務(wù)都認(rèn)為它有自己的專用處理器。同樣，由多個(gè)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)可以在構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)

8、的多條物理鏈路上被多路復(fù)用。下面我們來(lái)看看多路復(fù)用是如何進(jìn)行的，在圖 2-12 所示的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)左邊的 3 個(gè)主機(jī)（ L1 L3 ）正向網(wǎng)絡(luò)右邊的 3 個(gè)主機(jī)（ R1 R3 ）發(fā)送數(shù)據(jù)，它們共享只有一條物理鏈路的交換網(wǎng)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)主機(jī) L1 與主機(jī) R1 通信，依此類推。在這種情況下，相應(yīng) 3 對(duì)主機(jī)的 3 個(gè)數(shù)據(jù)流通過(guò)交換機(jī) 1 多路復(fù)用一條物理鏈路，然后再由交換機(jī) 2 解多路復(fù)用（ demultiplexing ） 為獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。將多個(gè)數(shù)據(jù)流多路復(fù)用到一條物理鏈路上，有幾種不同的方法。包括頻分多路復(fù)用（ FDM, Frequency Division Multiplexing

9、 ），時(shí)分多路復(fù)用 (TDM ， Time Division Multiplexing) 和波分多路復(fù)用（ WDM,Wavelength Division Multiplexing ）。1. 頻分多路復(fù)用技術(shù)原理頻分多路復(fù)用就是把線路或空間的通頻帶資源分成多個(gè)頻段（帶），將其分別分配給多個(gè)用戶，每個(gè)用戶終端的數(shù)據(jù)通過(guò)分配給它的子通路（頻段）進(jìn)行傳輸，當(dāng)該用戶沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)該通路保持空閑狀態(tài)，其他用戶不能使用該通路。頻分多路復(fù)用適合于模擬信號(hào)的頻分傳輸，例如無(wú)線廣播、無(wú)線電視中將多個(gè)電臺(tái)的多組節(jié)目對(duì)應(yīng)的聲音、圖像信號(hào)分別加載在不同頻率的無(wú)線電波上，同時(shí)在同一無(wú)線空間傳播，接收者根據(jù)需要接收特定的

10、某種頻率的信號(hào)收聽(tīng)或收看，電話和電纜電視（ CATV ）也是一樣。我們就利用電話系統(tǒng)這個(gè)例子來(lái)說(shuō)明頻分多路復(fù)用的原理?，F(xiàn)在一路電話的標(biāo)準(zhǔn)頻帶是 0.3 KHz 至 3.4 KHz ，高于 3.4 KHz 和低于 0.3 KHz 的頻率分量都將被衰減掉（這對(duì)于語(yǔ)音清晰度和自然度的影響都很小，不會(huì)令人不滿意）。所有電話信號(hào)的頻帶本來(lái)都是一樣的，即 0.3 3 .4 KHz 。若在一對(duì)導(dǎo)線上傳輸若干路這樣的電話信號(hào)，接收端將無(wú)法把它們分開(kāi)。若利用頻率變換，將三路電話信號(hào)搬到頻段的不同位置，如圖 2 - 13 所示這樣，就形成了一個(gè)帶寬為 1 2 KHz 的頻分多路復(fù)用信號(hào)。圖中一路電話信號(hào)共占有 4

11、 KHz 的帶寬。由于每路電話信號(hào)占有不同的頻帶。到達(dá)接收端后，就可以將各路電話信號(hào)用濾波器區(qū)分開(kāi)。由此可見(jiàn)，信道的帶寬越大，容納的電話路數(shù)就會(huì)越多。隨著通信信道質(zhì)量的提高，在一個(gè)信道上同時(shí)傳送的電話路數(shù)會(huì)越來(lái)越多。目前，在一根同軸電纜上已實(shí)現(xiàn)了上千路電話信號(hào)的傳輸。多路頻分復(fù)用系統(tǒng)又稱為多路載波系統(tǒng)。按照 CCITT 的建議，每 12 個(gè)電話話路構(gòu)成一個(gè)基群，占用 60 108KHz 的頻帶；每 5 個(gè)基群在一起構(gòu)成一個(gè) 60 路的超群，占用 312 552 KHz 的頻帶； 5 個(gè)超群構(gòu)成一個(gè) 300 路的主群，占用 812 2044KHz 的頻帶； 3 個(gè)主群構(gòu)成一個(gè) 900 路的超主群

12、，占用 8516 12388KHz 的頻帶； 4 個(gè)超主群構(gòu)成一個(gè) 3600 路的巨群占用 42612 59648KHz 的頻帶。在實(shí)現(xiàn)多路載波系統(tǒng)時(shí)，需逐級(jí)實(shí)現(xiàn)頻率升高，由低次群組成高次群。在目前的有線或無(wú)線模擬通信網(wǎng)中，使用了大量頻分多路復(fù)用載波系統(tǒng)，因此頻分模擬話路也是當(dāng)前主要的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸信道，每個(gè)話路最高數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)56Kbps。.時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)原理如果傳輸介質(zhì)能達(dá)到的傳輸速率超過(guò)單一信源要求的數(shù)據(jù)傳輸率，則可采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信

13、道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用分為同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用。同步時(shí)分多路復(fù)用是指分配給每個(gè)終端數(shù)據(jù)源的時(shí)間片是固定的，不管該終端是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，屬于該終端的時(shí)間片都不能被其他終端占用。異步時(shí)分多路復(fù)用（又稱統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用），它象同步時(shí)分多路復(fù)用一樣，通過(guò)時(shí)間來(lái)共享物理鏈路，一個(gè)流的數(shù)據(jù)先被傳送到物理鏈路上，然后另一個(gè)流再傳送，依此類推。然而，不同的是，傳送每個(gè)流的數(shù)據(jù)是根據(jù)需要而定，而不是根據(jù)一個(gè)預(yù)先規(guī)定的時(shí)間片來(lái)確定，它允許動(dòng)態(tài)地分配時(shí)間片，如果某個(gè)終端不發(fā)送信息，則其他地終端可以占用該時(shí)間片。在寬帶局域網(wǎng)中，可以把時(shí)分和頻分多路復(fù)用結(jié)合起來(lái)，將整個(gè)信道頻分成幾個(gè)子信道，每個(gè)子信

14、道再使用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)。我們以電話系統(tǒng)作為例子來(lái)說(shuō)明時(shí)分多路復(fù)用的工作原理。對(duì)于帶寬為 4KHz 的電話信號(hào)，每秒采樣 8000 次就可以完全不失真地恢復(fù)出話音信號(hào)。這種技術(shù)被稱為脈沖編碼調(diào)制（ Pulse Code Modulation ， PCM ）。假設(shè)每個(gè)采樣點(diǎn)的值用 8 位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，因此一路電話所需要的數(shù)據(jù)傳輸率為 8 8000 64Kbps 。如果有 24 路電話，即在每個(gè)采樣周期（ 125 微秒）中要傳輸 24 個(gè)采樣值。首先是第 1 路電話的 8 位采樣值，然后是第 2 路電話的 8 位采樣值，直至第 2 4 路電話的 8 位采樣值，最后加上 1 位用于區(qū)分或同步每一次

15、的采樣間隔，這樣在一個(gè)采樣周期中主干線路要傳輸 193 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即要求主干線路的數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到 193bits/125s=1.5444Mbps 。因此我們可以利用了一條數(shù)據(jù)傳輸率為 1.544Mbps 的信道同時(shí)傳輸 24 路電話，如圖 2 - 14 所示，這種 24 路電話復(fù)用一條 1.544Mbps 主干線路被稱為 T1 標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)分多路復(fù)用允許多個(gè) T1 線路復(fù)用到更高級(jí)的線路上，如圖 2-15 所示。在圖 2-14 中， 4 個(gè) T1 信道被復(fù)用到 T2 線路上。在 T2 及更高級(jí)的線路上的多路復(fù)用是按比特進(jìn)行的，而不是構(gòu)成 T1 幀的 2 4 個(gè)話音信道的字節(jié)。 4 個(gè) 1.54

16、4Mbps 的 T 1 信道按理應(yīng)復(fù)用成 6.176Mbps 的速率，而 T2 線路的實(shí)際速率是 6.312Mbps 。額外的比特主要是用于幀定界和時(shí)鐘同步。同理， 6 個(gè) T2 流按比特復(fù)用成 T3 線路；而 7 個(gè) T3 流復(fù)用成 T4 線路。每一次向上的復(fù)用都要附帶一些開(kāi)銷用于幀定界和時(shí)鐘同步。正如美國(guó)和其他國(guó)家在基本傳輸線路上不一致一樣，在美國(guó)使用的時(shí)分多路復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)是 E1 ，即 30 路電話復(fù)用一條 2.048Mbps 的 E 1 線路。在 E1 標(biāo)準(zhǔn)中，以 330 路 PCM 電話為一個(gè)基群（即 E1 ，數(shù)據(jù)傳輸率為 2.048Mbps ）， 4 個(gè)基群組成 120 路的二次群（即

17、 E2 ，數(shù)據(jù)傳輸率為 8.448Mbps ）， 4 個(gè)二次群匯成 480 路的三次群（即 E 3 ，數(shù)據(jù)傳輸率為 34.368Mbps ）， 4 個(gè)三次群又組成 1920 路的四次群（即 E 4 ，數(shù)據(jù)傳輸率為 139.246Mbps ）。時(shí)分復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)和頻分復(fù)用多路載波系統(tǒng)相比，存在著許多優(yōu)越性，這些優(yōu)越性都是由于數(shù)字通信的特點(diǎn)所帶來(lái)的。.波分多路復(fù)用基本原理光纖通道 (Fiber OptIC Channel) 技術(shù)采用了波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用方法，簡(jiǎn)稱為波分復(fù)用。波分復(fù)用是光的頻分多路復(fù)用。目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到 2.5Gb/s 。如果我們可以借用頻分多路復(fù)用的設(shè)計(jì)思想，就能夠在一根光纖上同時(shí)傳輸很多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)基于光纖的頻分多路復(fù)用技術(shù)。最初，人們將在一根光纖上復(fù)用兩路光載波信號(hào)的方法叫做波分復(fù)用。波分多路復(fù)用的工作原理如圖 2-16 所示。圖中所示的兩束光波的頻率是不相同的，它們通過(guò)棱鏡 ( 或光柵 ) 之后，使用了一條共享的光纖傳輸，它們到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后，再經(jīng)過(guò)棱鏡 ( 或光柵 ) 重新分成兩束光波。因此，波分多路復(fù)用并不是什么新的概念。只要每個(gè)信道有各自的頻率范圍且互不重疊，它們就能夠以多路復(fù)用的方式通過(guò)共享光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。與電信號(hào)的頻分多路復(fù)用不同之處在于