第2章__数据通信基础(3)

2.7通信方式2.7.1并行通信和串行通信在计算机内部个部件之间、计算机与外部设备之间、计算机与计算机（或终端）之间都是以通信方式传递信息的，这种通信方式有两种：并行通信和串行通信。这是计算机网络通信中两种基本的通信方式。通常并行通信用于计算机内部个部件之间或近距离的数据传输，而串行通信常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。数据的并行传输发端收端011001018个比特同时发送需要8条线并行通信数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。数据的串行传输串行通信数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并/串变换，在接收端再通过串/并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。数据的串行传输串行通信串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。发端8个比特顺次发送0110001001100010收端01100010并/串转换器串/并转换器通信线路的连接方式——点对点点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点-点的连接。计算机计算机计算机计算机交换设备计算机计算机通信线路的连接方式——多点线路分支式通信分支式通信是一台主计算机和多台终端通过一条公共通信线路连接构成。主计算机为控制站（也叫主站），主站负责对各从站进行发送控制和接受信息。主站对从站的控制采用轮询/选择技术。主机计算机/终端通信线路的连接方式——多点线路当主站要接受信息时，采用轮询技术，即主站做好接受准备后依次询问个从站是否要发送信息。若是，从站发送信息，主站接受信息。一个从站发完信息后，主站再询问下一个从站。若不发送，主站继续询问下一个从站是否发送信息。通信线路的连接方式——多点线路当主站要向一个或多个从站发送信息时，采用选择技术，即主站选择询问需接受信息的从站是否做好接受准备，当接受到从站已准备好的回答信息时即可发送信息。通信线路的连接方式——多点线路（2）集线式通信集线式通信是在终端较集中的地方，使用集线器先将这些终端集中后，再通过高速线路与主计算机相连通而构成的通信的方式。终端向主计算机发送信息时，先将这些信息在集线器进行存储和相应的处理后，再发给主计算机。主计算机向终端发送信息时，也要在集线器进行存储和处理，再发给终端。主机计算机/终端主机集线器信道的通信方式——单工通信单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。无线电广播和电视都属于单工通信。主机显示器发送端接收端数据的单方向性信道的通信方式——半双工通信半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。信道的通信方式——半双工通信半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。发送端/接收端发送端/接收端不同时刻的数据双向传输对讲机对讲机信道的通信方式——全双工通信全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，通信的一方在发送信息的同时也能接受信息。比如，电话通话。电话机发送端接收端任何时刻的数据双向传输电话机数据交换技术——电路交换电路交换（CircuitSwitching）也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路。2.8交换方式源节点A交换节点1交换节点6电路建立阶段数据传输阶段电路拆除阶段123456呼叫请求呼叫应答数据数据释放请求释放应答目的节点B源节点A目的节点B公用电话交换网电路交换的特点需要现建立连接，然后才能进行通信。建立连接、拆除连接时间长，有效通信效率低。通信线路利用率低。一旦电路建立后，数据以固定的速率传输，除传输链路的延时外，不再存在其他延时，适用于实时大批量数据的传输。电路交换的特点适用于实时大批量连续的数据传输。不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信。不够灵活，通信过程中一旦出现故障需要新建立连接。回顾一下电路交换的特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线。N部电话机两两相连，需N(N–1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。交换机“交换”的含义在这里，“交换”(switching)的含义是：转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换的分析电路交换必定是面向连接的，在通话的全部时间内，两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。数据是绑定一起发出。电话交换对于计算机是否适合？计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低。数据交换技术——报文交换存储交换或存储转发(StoreandForward)对实时性要求不高的数据信息，中转结点可先把传输的信息存储起来并进行必要的处理，等待信道空闲时再把信息转发给下一个结点，下一个结点如果仍为中转结点，则仍存储信息，并继续往目标结点方向进发。这种在中转结点把待传输的信息存储起来，然后通过缓冲器向下一个结点转发的数据交换方式称为存储交换或存储转发(StoreandForward)。数据交换技术——报文交换报文交换报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式，一步一步将数据传输到目标计算机或终端。数据交换技术——报文交换报文交换报文交换特点：①报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。②由于采用存储转发的传输方式。③通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。数据交换技术——报文交换对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术;在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相应的处理。报文交换方式没有拨号呼叫，由报文的报头控制其到达目的地。1.报文交换的优点:（1）可提高线路的利用率，不像电路交换网常有占用线路的问题，只要结点有空即可。（2）通信时，双方不必都处于可用状态（3）可以把一个报文同时向多个目的地发送。（4）当出现大量通信时，信息会被延时传送，而不会被拒绝传送。2.报文交换的缺点（1）传送数据时具有延时性，故此种方式不适合用于具有实时性及交谈的通信系统中。（2）中间结点收到的数据过多而无法存储或不能及时转发时，会丢失报文，影响数据传送的正确性。分组交换技术也属于存储转发交换技术。它是把一个报文分成若干个较小的报文分组，每个分组的长度有一个上限。在发送方将报文分割成若干个分组后，每个分组都有一个编号，各个分组经网络结点存储转发到达目的结点后，目的结点再按分组编号重组报文。在分组交换网络中，已经定义了两种不同的方法来管理被传输的分组流，即两种分组交换服务：数据报和虚电路。数据交换技术——分组交换1.数据报在数据报方式中，每个分组的传送是被单独处理的，就像报文交换中的报文一样。每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个结点接收到一个数据报后,根据数据中的地址信息和结点所存储的路由信息，选择一个合适的路径，将数据报原样地发送到下一个结点，直到达目的地。如图2-26所示。因此，当某一个结点要发送一个报文时，先将报文拆分成若干个带有序号和地址信息的数据报,依次发送到网络结点上。此后，各数据报所走路径就可能不再相同，因为各个结点随时根据网络流量、故障等情况选择路由，所以不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至还会在途中丢失。到达目的结点后，再将各分组按分组序号进行重组。图2-26数据报交换数据报方式没有电路的呼叫建立过程，但要为每个数据报做路由选择。2.虚电路在虚电路方式中，要进行数据传输，在网络的源结点和目的结点之间先要建立一条逻辑通路。如图2-27所示。图2-27虚电路交换2.虚电路假设A结点有一个或多个分组要发送到C结点去，那么它首先要发送一个呼叫请求分组到1结点，请求建立一条到C结点的连接。如此重复，经过1结点→4结点→5结点→6结点,6结点最终将呼叫请求分组传送到C结点。如果C结点允许接受这个连接，就发送一个呼叫接收分组沿原路线返回到A结点。这样一个从A结点到C结点的逻辑连接就建立好了。到此，A结点就可以在已建立好的逻辑连接上或者说在虚电路上交换数据了。2.虚电路每个分组除了包含数据之外还得包含一个虚电路标识符。在预先建立好的路径上的每个结点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。于是来自A结点的每一个数据分组都通过结点1、4、5、6到达C结点，来自C节点的每一个数据分组也都通过6、5、4、1到达A结点。通信结束后，由任何一方发出断开连接的请求，由另一方响应后，清除此虚电路。虚电路技术和电路交换技术的不同之处在于，虚电路方式所建立的是逻辑通路，不是专用的，分组在每个结点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出。数据报和虚电路的差别如下:（1）数据报的传递路径并非惟一，因此经过的各个结点都必须执行选择路径的操作。而虚电路就不同了，其事先建立好传送的路径，因此，各个结点不必都执行路径选择的操作。事实上，选择路径操作是很占时间的，因此，若是要传送大量数据时，常采用虚电路的方式。（2）若就可靠性而言，则以数据报较佳，原因在于，假若网络上某个结点上突然出现故障，数据报由于其传送路径不是惟一的，因此，可以另外找路径来传送数据，但虚电路则因路径是固定的，所以可能较易受到影响而无法正常传送数据。（3）虚电路适用于实时数据的传送，而数据报则不能。报文计算机网络的自身发展---分组交换的产生在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输分组交换的原理（一）数据数据数据报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”(也称包)作为数据传输单元依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。每一个分组由于具有