2.1 數據通信基礎

按照現代通信的概念，凡是在終端以編碼方式表示的信息、并以脈沖形式在信道上傳送的通信都稱為數據通信。隨著計算機的普及，人們對數據的理解也更加廣泛，無論是文字、語音還是圖像，只要它們能用編碼的方法形成各種代碼的組合，存儲在計算機內，并可用計算機進行處理和加工，都統稱為數據。數據是具有某種含義的數字信號的組合，如字母、數字和符號等。這些數據在傳輸時，可以用離散的數字信號逐一準確地表達出來，例如，可以用不同極性的電壓、電流或脈沖來代表。

計算機的輸入和輸出都是數據信號，因此數據通信是電子計算機和通信相結合而產生的一種通信方式。數據通信可定義為“用通信線路將遠地的數據終端設備與主計算機（或其他數據終端設備）連接起來進行信息處理”，以實現硬件、軟件和信息資源共享。

2.1.1 數據通信與話音通信的區別

數據通信和話音通信都是以傳送信息為通信目的，但二者具有明顯不同之處。

1.通信對象不同

數據通信實現的是計算機和計算機之間以及人和計算機之間的通信，而話音通信是實現人和人之間的通信。計算機不具備人腦的思維和應變能力，計算機的智能來自人的智能，計算機完成的每件工作都需要人預先編好程序，計算機之間的通信過程需要定義嚴格的通信協議和標準，而話音通信則無須這么復雜。

2.對可靠性的要求不同

數據信號使用二進制數字0和1的組合編碼來表示，如果一個碼組中的某位在傳輸中發生所錯誤，則在接收端可能被理解成為完全不同的含義。特別是對于銀行、軍事和醫學等關鍵部門，發生毫厘之差都會造成巨大的損失。一般而言，數據通信的傳輸差錯率必須控制在10^-8以下，而話音通信的傳輸差錯率可高達10^-3。

3.通信的持續時間不同

統計資料顯示，99.5%以上的數據通信持續時間短于電話平均通話時間。由此確定數據通信的信道保持時間也要短，通常應該在1.5s左右，而相應的話音通信過程的保持時間一般在15s左右。

4.通信中的信息特性不同

統計資料表明，電話通信雙方講話的時間平均各占一半，一般不會出現長時間信道中沒有信息傳輸。而計算機通信雙方處于不同的工作狀態時，傳輸速率是相當不同的，慢的在30bit/s以下，快的則高達100Mbit/s，甚至更快。

5.對實時性要求不同

話音通信是實時性的，一方說完話，希望馬上聽到對方的回音，所以要求通信過程中的延時不能太大；而數據通信一般對實時性要求并不高，通信中出現一些延遲是不會有太大影響的。

由上述分析看到，為了滿足數據通信的要求，必須專門構造數據通信網絡，以滿足高速傳輸數據的要求。在20世紀60年代人們開始進行數據通信時，利用的是電話網，它只能滿足初期的要求，很快就不能適應了。

2.1.2 數據通信的交換方式

拓展資源數據通信的交換方式

利用數據信號的特點，在數據通信中可以采用以下幾種交換方式。

1.電路交換

電路交換就是在通信雙方之間使用同一條實際的物理鏈路，它是實時交換，在整個通信過程中自始至終使用該條線路進行信息傳輸，而且不許其他方共享該鏈路。電路交換最簡單的例子就是電話網。因此可以說，在傳統電話網中利用電路交換能夠傳輸數據，但會受到許多限制，造成數據的傳輸速率不高、傳輸質量差。

2.報文交換

為了獲得較好的中繼線利用率，提高信息的傳輸速度，出現了“存儲-轉發”的想法，這種交換方式也稱為報文交換。它的基本思想是當報文（即數據）到達交換機時先存入該機的存儲器內，在所需要的輸出線路空閑時，再將該報文向接收端或下一個交換機轉發。傳統電報網采用的就是這種交換方式。

3.分組交換

分組交換是將用戶發送的一整份報文分割成若干個固定長度的數據塊（也稱為“分組”），讓這些分組以“存儲-轉發”方式在網內傳輸。每個分組都載有接收地址和發送地址的標識。傳送時，不需要在整個通信網中建立通路，只需尋找到一條到下一節點的空閑電路，就可將信息發送出去，以分組為單位在各節點間分段傳送，到目的地后再將各分組依序組裝起來，如圖2-1所示。

在分組交換網中，為了減少網絡傳輸時延，不但采用以分組方式進行傳輸，同時在交換機中采用了具有高速處理能力的計算機，從而減少了交換機對分組的處理時間，加之采用較高速率的中繼傳輸線路（一般為48～72kbit/s），所以網絡時延大大降低。

分組交換在線路上采用動態復用的概念傳送各分組，所以線路的利用率高。實質上它是“存儲-轉發”方式的演化，兼有電路交換和報文交換的優點，是數據交換的一種比較理想的交換方式，特別適合計算機通信，因此獲得普遍重視。

圖2-1 分組交換的原理

2.1.3 數據通信系統的組成

數據通信系統的功能結構如圖2-2所示。按功能劃分，數據通信系統由數據終端設備、數據鏈路和中央處理機3個子系統組成。

圖2-2 數據通信系統的功能結構

1.數據終端設備

數據終端設備（Data Terminal Equipment，DTE）是數據的生成者和使用者。根據數據通信業務的不同，有多種類型的數據終端設備，從簡單的I/O設備到復雜的中心計算機均可稱為DTE。典型數據終端設備有計算機、電傳機、打印機、傳真機和顯示器等。

2.數據鏈路

數據鏈路的功能是把多臺數據終端設備與中央處理機連接起來進行數據傳輸，其組成包括傳輸信道和數據通信設備（Data Communication Equipment，DCE）兩部分。

傳輸信道是信息傳輸的通道，如電話線路等模擬信道、寬帶電纜和光纖等數字信道。如果傳輸信道屬于模擬信道，DCE的作用就是把DTE送來的數據信號變換為模擬信號再送往信道，或者反過來把信道送來的模擬信號變換成數據信號再送到DTE，常見的調制解調器（MODEM）就是完成這個作用。如果傳輸信道屬于數字信道，則DCE的作用就是實現信號碼型與電平的變換、信道特性的均衡和定時的產生與提取等。

傳輸信道一般分為兩種類型，即專用直達線路和交換線路。直達線路使用專線，而交換線路則使用電報網、電話網或數據網。

3.中央處理機

中央處理機的主要功能是進行數據的收集與處理，其內部包括3部分。

1）通信控制器，其首要任務是使數據終端計算和處理數據的速率與通信鏈路傳輸數據的速率相匹配，同時完成數據信號的串并或并串轉換，計算機中常見的異步通信適配器（UART）或網卡就屬此種。

2）中央處理器，主要用于收集和處理由數據終端傳來的數據。

3）存儲器，用于存放處理數據所需要的程序。