数据通信传输类型.

数据通信传输类型.
数据通信传输类型
在计算机⽹络的通信中有两种通信⽅式，即串⾏通信和并⾏通信。

串⾏通信常⽤于计算机之间的通信，并⾏通信则⼀般⽤于计算机内部之间或近距离设备的传输通信。

在串⾏通信中，还要考虑到通信的⽅向以及通信过程中的同步和异步传输问题。

串⾏传输与并⾏传输
串⾏通信和并⾏通信是两种基本的通信⽅式。

计算机和外部设备之间的并⾏通信⼀般通过计算机的并⾏端⼝（ LPT ），串⾏通信通过串⾏端⼝（ COM ）。

普通微机⽀持 4 个以上的 COM 端⼝和 3 个以上的 LPT 端⼝，但⼀般只有 2 个 COM 端⼝和 1个 LPT 端⼝有效。

每个端⼝使⽤不同的中断号和端⼝地址，且不能同其他设备冲突。

通过打开“控制⾯板”，依次选择“系统”，“设备管理器”和“端⼝”，可以查看有效的通信端⼝以及所使⽤的资源。

如图 2-11 所⽰。

通过该对话框可以设置 COM 端⼝的波特率、数据位的长度、奇偶校验类型、停⽌位以及流量控制协议。

流量控制是当指定缓冲区已满，⽆法从远程计算机接收更多数据时，应该采取的动作，流量控制有 3 个可选值：硬件、 XON ／ XOFF 和⽆。

通信双⽅的计算机必须使⽤同样的参数设置。

1.串⾏通信⽅式
串⾏数据传输时，数据是⼀位⼀位地在通信线上传输的，先由具有⼏位总线的计算机内的发送设备，将⼏位并⾏数据经并 / 串转换硬件转换成串⾏⽅式，再逐位经通信线路到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串⾏⽅式重新转换成并⾏⽅式，以供接收⽅使⽤。

串⾏数据传输的速度要⽐并⾏传输慢得多，但对于覆盖⾯极其⼴阔的公⽤电话系统来说具有更⼤的现实意义。

串⾏数据线有三种不同配置：单⼯通信、半双⼯通信、全双⼯通信。

(1)单⼯通信
数据永远从发送端 A 传送到接收端。

单⼯通信的线路，⼀般采⽤两个信道，⼀个传送数据，⼀个传送控制信号，简称为“⼆线制”。

例如，在家中收看电视节⽬，观众⽆法给电视台传送数据，只能由电视台单⽅向给观众传送画⾯数据。

(2)半双⼯通信
数据信息可以双向传送，但是在每⼀时刻只能朝⼀个⽅向流动，该⽅式要求A 、 B 端都有发送装置和接收装置。

若想改变信息的传输⽅向，需要利⽤开关进⾏切换。

如⽆线对讲机，甲⽅讲话时，⼄⽅⽆法讲；需要等甲⽅讲完，⼄⽅才能讲。

(3)全双⼯通信
能同时在两个⽅向进⾏数据传输，即有两个通道，它相当于将两个⽅向相反的单⼯通信⽅式组合起来。

⼀般采⽤四线制。

例如，⽇常⽣活中使⽤的电话，双⽅可以同时讲话。

全双⼯通信效率⾼，控制简单，但造价⾼，适⽤于计算机之间的通信。

2.并⾏通信⽅式
并⾏通信传输中有多个数据位（⼀般为 8 个）同时在两个设备之间传输。

发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加⼀位数据校验位。

接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使⽤。

并⾏⽅式主要⽤于近距离通信，最典型的例⼦是计算机和并⾏打印机之间的通信。

这种⽅法的优点是传输速度快，处理简单。

异步传输与同步传输
在串⾏通信中，通信双⽅收发数据序列必须在时间上取得⼀致，这样才能保证接收的数据与发送的数据⼀致，这就是通信中的同步。

１.同步传输
同步传输就是使接收端接收的每⼀位数据信息都要和发送端准确地保持同步，中间没有间断时间。

实现这种同步的⽅法⼜有⾃同步法和外同步法。

⾃同步法从数据信息波形本⾝提取同步信号，例如曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的每个码元中间均有跃变，利⽤这些跃变作为同步信号。

外同步法则在发送端在发送数据信息以前，向接收端先发出⼀个或多个同步字符，接收端按照这个同步字符来调整其内部时序，并把接收时序重复频率锁定在同步频率上，以便也能⽤同步频率接收数据，然后向发送端发送准备接收数据的确认信息，发送端收到确认信息后开始发送数据。

2. 异步传输
在异步传输中，发送端在发送字符时，在每个字符前设置 1 位起始位，在每个字符之后设置 1 位或 1.5 位或 2 位停⽌位。

起始位为低电平，停⽌位为⾼电平。

每个字符⼀般为 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 个字符中可以包含 1 位校验位，可以是奇校验，也可以是偶校验，也可以⽆校验位。

在发送端不发送数据时，传输线处于⾼电平状态，当接收端检测到低电平（即起始位），表⽰发送端开始发送数据，于是便开始接收数据，在接收了⼀个字符的数据位后，传输线将处于⾼电平状态。

在异步传输中，任何两个字符之间时间可以随机的、不同步的，但在⼀个字符时间之内，收发双⽅各数据位必须同步。

这种传输⽅式⼜称为起—⽌式同步⽅式。

2.4.3 多路复⽤技术
在长途通信中，⼀些⾼容量的同轴电缆、地⾯微波、卫星设施以及光缆，其可以传输的频率带宽很宽，为了⾼效合理地利⽤资源，通常采⽤多路复⽤技术，使多路数据信号共享⼀条线路进⾏传输。

多路复⽤（ multiplexing ） , 意思是系统资源可以被多个⽤户共享。

直观的说，可以将多路复⽤解释为类似⼀个分时计算机系统。

在分时计算机系统中，⼀个物理 CPU 被多项任务共享（多路复⽤），每项任务都认为它有⾃⼰的专⽤处理器。

同样，由多个⽤户发送的数据可以在构成⽹络的多条物理链路上被多路复⽤。

下⾯我们来看看多路复⽤是如何进⾏的，在图 2-12 所⽰的简单⽹络中，⽹络左边的 3 个主机（ L1 ～ L3 ）正向⽹络右边的 3个主机（ R1 ～ R3 ）发送数据，它们共享只有⼀条物理链路的交换⽹。

为简单起见，假设主机 L1 与主机 R1 通信，依此类推。

在这种情况下，相应 3 对主机的 3 个数据流通过交换机 1 多路复⽤⼀条物理链路，然后再由交换机 2 解多路复⽤
（ demultiplexing ）为独⽴的数据流。

将多个数据流多路复⽤到⼀条物理链路上，有⼏种不同的⽅法。

包括频分多路复⽤（ FDM, Frequency Division Multiplexing ），时分多路复⽤ (TDM ，Time Division Multiplexing) 和波分多路复⽤（ WDM,Wavelength Division Multiplexing ）。

1. 频分多路复⽤技术原理
频分多路复⽤就是把线路或空间的通频带资源分成多个频段（带），将其分别分配给多个⽤户，每个⽤户终端的数据通过分配给它的⼦通路（频段）进⾏传输，当该⽤户没有数据传输时该通路保持空闲状态，其他⽤户不能使⽤该通路。

频分多路复⽤适合于模拟信号的频分传输，例如⽆线⼴播、⽆线电视中将多个电台的多组节⽬对应的声⾳、图像信号分别加载在不同频率的⽆线电波上，同时在同⼀⽆线空间传播，接收者根据需要接收特定的某种频率的信号收听或收看，电话和电缆电视（ CATV ）也是⼀样。

我们就利⽤电话系统这个例⼦来说明频分多路复⽤的原理。

现在⼀路电话的标准频带是 0.3 KHz ⾄ 3.4 KHz ，⾼于 3.4 KHz 和低于 0.3 KHz 的频率分量都将被衰减掉（这对于语⾳清晰度和⾃然度的影响都很⼩，不会令⼈不满意）。

所有电话信号的频带本来都是⼀样的，即 0.3 ～3 .4 KHz 。

若在⼀对导线上传输若⼲路这样的电话信号，接收端将⽆法把它们分
开。

若利⽤频率变换，将三路电话信号搬到频段的不同位置，如图 2 - 13 所⽰这样，就形成了⼀个带宽为 1 2 KHz 的频分多路复⽤信号。

图中⼀路电话信号共占有 4 KHz 的带宽。

由于每路电话信号占有不同的频带。

到达接收端后，就可以将各路电话信号⽤滤波器区分开。

由此可见，信道的带宽越⼤，容纳的电话路数就会越多。

随着通信信道质量的提⾼，在⼀个信道上同时传送的电话路数会越来越多。

⽬前，在⼀根同轴电缆上已实现了上千路电话信号的传输。

多路频分复⽤系统⼜称为多路载波系统。

按照 CCITT 的建议，每 12 个电话话路构成⼀个基群，占⽤ 60 ～ 108KHz 的频带；每 5 个基群在⼀起构成⼀个 60 路的超群，占⽤ 312 ～ 552 KHz 的频带； 5 个超群构成⼀个 300 路的主群，占⽤812 ～ 2044KHz 的频带； 3 个主群构成⼀个900 路的超主群，占⽤ 8516 ～12388KHz 的频带； 4 个超主群构成⼀个 3600 路的巨群占⽤ 42612 ～
59648KHz 的频带。

在实现多路载波系统时，需逐级实现频率升⾼，由低次群组成⾼次群。

在⽬前的有线或⽆线模拟通信⽹中，使⽤了⼤量频分多路复⽤载波系统，因此频分模拟话路也是当前主要的长距离数据传输信道，每个话路最⾼数据传输率
可达56Kbps。

２.时分多路复⽤技术原理
如果传输介质能达到的传输速率超过单⼀信源要求的数据传输率，则可采⽤时分多路复⽤技术，即将⼀条物理信道按时间分成若⼲个时间⽚轮流地分配给多个信号使⽤。

每⼀时间⽚由复⽤的⼀个信号占⽤，这样，利⽤每个信号在时间上的交叉，就可以在⼀条物理信道上传输多个数字信号。

时分多路复⽤分为同步时分多路复⽤和异步时分多路复⽤。

同步时分多路复⽤是指分配给每个终端数据源的时间⽚是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间⽚都不能被其他终端占⽤。

异步时分多路复⽤（⼜称统计多路复⽤），它象同步时分多路复⽤⼀样，通过时间来共享物理链路，⼀个流的数据先被传送到物理链路上，然后另⼀个流再传送，依此类推。

然⽽，不同的是，传送每个流的数据是根据需要⽽定，⽽不是根据⼀个预先规定的时间⽚来确定，它允许动态地分配时间⽚，如果某个终端不发送信息，则其他地终端可以占⽤该时间⽚。

在宽带局域⽹中，可以把时分和频分多路复⽤结合起来，将整个信道频分成⼏个⼦信道，每个⼦信道再使⽤时分多路复⽤技术。

我们以电话系统作为例⼦来说明时分多路复⽤的⼯作原理。

对于带宽为
4KHz 的电话信号，每秒采样 8000 次就可以完全不失真地恢复出话⾳信号。

这种技术被称为脉冲编码调制（ Pulse Code Modulation ， PCM ）。

假设每个采样点的值⽤ 8 位⼆进制数来表⽰，因此⼀路电话所需要的数据传输率为8 × 8000 ＝
64Kbps 。

如果有 24 路电话，即在每个采样周期（ 125 微秒）中要传输 24 个采样值。

⾸先是第 1 路电话的 8 位采样值，然后是第 2 路电话的 8
位采样值，直⾄第 2 4 路电话的 8 位采样值，最后加上 1 位⽤于区分或同步每⼀次的采样间隔，这样在⼀个采样周期中主⼲线路要传输 193 位⼆进制数据，即要求主⼲线路的数据传输率达到 193bits/125µs=1.5444Mbps 。

因此我们可以利⽤了⼀条数据传输率为 1.544Mbps 的信道同时传输 24 路电话，如图 2 - 14 所⽰，这种 24 路电话复⽤⼀条 1.544Mbps 主⼲线路被称为 T1标准。

时分多路复⽤允许多个 T1 线路复⽤到更⾼级的线路上，如图 2-15 所⽰。

在图 2-14 中， 4 个 T1 信道被复⽤到 T2 线路上。

在 T2 及更⾼级的线路上的多路复⽤是按⽐特进⾏的，⽽不是构成 T1 帧的 2 4 个话⾳信道的字节。

4 个 1.544Mbps 的 T 1 信道按理应复⽤成 6.176Mbps 的速率，⽽ T2 线路的实际速率是 6.312Mbps 。

额外的⽐特主要是⽤于帧定界和时钟同步。

同理， 6 个T2 流按⽐特复⽤成 T3 线路；⽽ 7 个 T3 流复⽤成 T4 线路。

每⼀次向上的复⽤都要附带⼀些开销⽤于帧定界和时钟同步。

正如美国和其他国家在基本传输线路上不⼀致⼀样，在美国使⽤的时分多路复⽤标准是 E1 ，即 30 路电话复⽤⼀条
2.048Mbps 的 E 1 线路。

在 E1 标准中，以 330 路 PCM 电话为⼀个基群（即 E1 ，数据传输率为 2.048Mbps ）， 4 个基群组成 120 路的⼆次群（即 E2 ，数据传输率为 8.448Mbps ）， 4 个⼆次群汇成 480 路的三次群（即 E 3 ，数据传输率为34.368Mbps ）， 4 个三次群⼜组成 1920 路的四次群（即 E 4 ，数据传输率为 139.246Mbps ）。

时分
复⽤数字通信系统和频分复⽤多路载波系统相⽐，存在着许多优越性，这些优越
性都是由于数字通信的特点所带来的。

３.波分多路复⽤基本原理
光纤通道 (Fiber OptIC Channel) 技术采⽤了波长分隔多路复⽤⽅法，简称为波分复⽤。

波分复⽤是光的频分多路复⽤。

⽬前⼀根单模光纤的数据传输速率最⾼可以达到 2.5Gb/s 。

如果我们可以借⽤频分多路复⽤的设计思想，就能够在⼀根光纤上同时传输很多个频率很接近的光载波信号，实现基于光纤的频分多路复⽤技术。

最初，⼈们将在⼀根光纤上复⽤两路光载波信号的⽅法叫做波分复⽤。

波分多路复⽤的⼯作原理如图 2-16 所⽰。

图中所⽰的两束光波的频率是不相同的，它们通过棱镜 ( 或光栅 ) 之后，使⽤了⼀条共享的光纤传输，它们到达⽬的节点后，再经过棱镜 ( 或光栅 ) 重新分成两束光波。

因此，波分多路复⽤并不是什么新的概念。

只要每个信道有各⾃的频率范围且互不重叠，它们就能够以多路复⽤的⽅式通过共享光纤进⾏远距离传输。

与电信号的频分多路复⽤不同之处在于，波分多路复⽤是在光学系统中利⽤衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。

在波分多路复⽤系统中，从光纤 1 进⼊的光波将传送到光纤 3 ；从光纤 2 进⼊的光波将传送到光纤 4 。

由于这种波分复⽤系统是固定的，因此从光纤 1 进⼊的光波就不能传送到光纤 4 。

我们也可以使⽤交换式的波分复⽤系统，在这样的系统中，可以有多条输⼊与输出光纤。

在典型的交换式波分复⽤系统中，所有的输⼊光纤与输出光纤都连接到⽆源的星形的中⼼耦合器。

每条输⼊光纤的光波能量通过中⼼耦合器分送到多条输出光纤中。

这样，⼀个星形结构的交换式波分复⽤系统，就可以⽀持数
百条光纤信道的多路复⽤。