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1、模拟数据据通信与与数字数数据通信信一、通信信信道与与信道容容量(CCommmuniicattionn Chhannnel & CChannnell Caapaccityy)通信信信道(CCommmuniicattionn Chhannnel)是数据据传输的的通路，在在计算机机网络中中信道分分为物理理信道和和逻辑信信道。物物理信道道指用于于传输数数据信号号的物理理通路，它它由传输输介质与与有关通通信设备备组成；逻辑信信道指在在物理信信道的基基础上，发发送与接接收数据据信号的的双方通通过中间间结点所所实现的的逻?qquott;联系系，由由此为传传输数据据信号形形成的逻逻辑通路路。逻辑辑信道可可以是
2、有有连接的的，也可可以是无无连接的的。 物物理信道道还可根根据传输输介质的的不同而而分为有有线信道道和无线线信道，也也可按传传输数据据类型的的不同分分为数字字信道和和模拟信信道。 信道容容量(CChannnell Caapaccityy)指信信道传输输信息的的最大能能力：对对于数字字信道一一般用单单位时间间可以传传输的最最大二进进制位(比特bbit)数来表表示，对对于模拟拟信道则则由信道道的带宽宽表示。信信道容量量的大小小还受信信道质量量和可使使用时间间的影响响，当信信道质量量较差时时，实际际传输速速率将降降低。 二、模拟拟数据通通信和数数字数据据通信 (Annaloog DDataa Coo
3、mmuuniccatiion & DDigiitall Daata Commmunnicaatioon) 1.模模拟数据据与数字字数据我们们一般将将数据分分为模拟拟数据和和数字数数据两大大类。模拟拟数据(Anaalogg Daata)是由传传感器采采集得到到的连续续变化的的值，例例如温度度、压力力，以及及目前在在电话、无无线电和和电视广广播中的的声音和和图像。 数字数数据(DDigiitall Daata)则是模模拟数据据经量化化后得到到的离散散的值，例例如在计计算机中中用二进进制代码码表示的的字符、图图形、音音频与视视频数据据。目前前，ASSCIII美国信信息交换换标准码码(Ammeriic
4、ann Sttanddardd Coode forr Innforrmattionn Innterrchaangee)已为为ISOO国际标标准化组组织和CCCITTT国际际电报电电话咨询询委员会会所采纳纳，成为为国际通通用的信信息交换换标准代代码，使使用7位位二进制制数来表表示一个个英文字字母、数数字、标标点或控控制符号号；图形形、音频频与视频频数据则则可分别别采用多多种编码码格式。 2.模拟拟信号与与数字信信号(1)模拟信信号与数数字信号号不不同的数数据必须须转换为为相应的的信号才才能进行行传输：模拟数数据一般般采用模模拟信号号(Annaloog SSignnal)，例如如用一系系列连续续变
5、化的的电磁波波(如无无线电与与电视广广播中的的电磁波波)，或或电压信信号(如如电话传传输中的的音频电电压信号号)来表表示；数数字数据据则采用用数字信信号(DDigiitall Siignaal)，例例如用一一系列断断续变化化的电压压脉冲(如我们们可用恒恒定的正正电压表表示二进进制数11，用恒恒定的负负电压表表示二进进制数00)，或或光脉冲冲来表示示。 当当模拟信信号采用用连续变变化的电电磁波来来表示时时，电磁磁波本身身既是信信号载体体，同时时作为传传输介质质；而当当模拟信信号采用用连续变变化的信信号电压压来表示示时，它它一般通通过传统统的模拟拟信号传传输线路路(例如如电话网网、有线线电视网网)
6、来传传输。 当数字字信号采采用断续续变化的的电压或或光脉冲冲来表示示时，一一般则需需要用双双绞线、电电缆或光光纤介质质将通信信双方连连接起来来，才能能将信号号从一个个节点传传到另一一个节点点。 (22)模拟拟信号与与数字信信号之间间的相互互转换模拟拟信号和和数字信信号之间间可以相相互转换换：模拟拟信号一一般通过过PCMM脉码调调制(PPulsse CCodee Moodullatiion)方法量量化为数数字信号号，即让让模拟信信号的不不同幅度度分别对对应不同同的二进进制值，例例如采用用8位编编码可将将模拟信信号量化化为28=2256个个量级，实实用中常常采取224位或或30位位编码；数字信信号
7、一般般通过对对载波进进行移相相(Phhasee Shhiftt)的方方法转换换为模拟拟信号。 计算机机、计算算机局域域网与城城域网中中均使用用二进制制数字信信号，目目前在计计算机广广域网中中实际传传送的则则既有二二进制数数字信号号，也有有由数字字信号转转换而得得的模拟拟信号。但但是更具具应用发发展前景景的是数数字信号号。 3.模拟拟数据通通信与数数字数据据通信(1)模模拟数据据通信路来来传输模模拟数据据或数字字数据对对应的模模拟信号号。例如如目前我我们广泛泛使用公公用电话话线路来来传输语语音或计计算机数数字数据据对应的的模拟信信号，我我们也可可以使用用公共有有线电视视网来传传输视频频和计算算机
8、数字字数据对对应的模模拟信号号；而微微波与卫卫星通信信传输的的也可以以是模拟拟数据或或数字数数据对应应的模拟拟信号。 为了用用模拟数数据通信信的方法法实现模模拟数据据和数字字数据的的远距离离传输，我我们一般般不直接接传输模模拟信号号(包括括由数字字信号转转换而来来的模拟拟信号)，而是是在发送送方使用用某一频频率的电电磁波作作为载波波(Caarriier)，然后后用模拟拟信号或或数字信信号对其其进行调调制(MModuulattionn)，调调制后的的载波信信号(为为模拟信信号)占占有以该该载波频频率为中中心的一一段频谱谱，并能能在适于于该载波波频率的的介质上上传输；而在接接收方则则通过解解调制(
9、Demmoduulattionn)还原原叠加于于载波上上的模拟拟信号或或数字信信号。我我们将可可同时完完成调制制和解调调的装置置称为调调制解调调器(MMODEEM)。(2)数字数据通信数字数据通信(Digital Data Communication)指直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据，或模拟数据对应的数字信号。由于计算机使用二进制数字信号，因而计算机与其外部设备之间，以及计算机局域网、城域网大多直接采用数字数据通信。此外，目前北美采用的24路PCM脉码调制(速率为1.544Mpbs)，以及欧洲和我国采用的30路PCM脉码调制(速率为2.048Mbps)电话系统均是数字数据通信系
10、统。由于数字数据通信传送的是离散的数字信号，即逐位传送二进制数字代码，因此要求系统应能确知传输线上正在传送的数位是0还是1。(3)数字数据通信的优点与模拟数据通信相比较，数字数据通信具有下列优点：a. 来自声音、视频和其他数据源的各类数据均可统一为数字信号的形式，并通过数字通信系统传输 b. 以数据帧为单位传输数据，并通过检错编码和重发数据帧来发现与纠正通信错误，从而有效保证通信的可靠性 c. 在长距离数字通信中可通过中继器放大和整形来保证数字信号的完整及不累积噪音 d. 使用加密技术可有效增强通信的安全性 e. 数字技术比模拟技术发展更快，数字设备很容易通过集成电路来实现，并与计算机相结合，
11、而由于超大规模集成电路技术的迅速发展，数字设备的体积与成本的下降速度大大超过模拟设备，性能/价格比高 f. 多路光纤技术的发展大大提高了数字通信的效率。 需要指出，鉴于传统公用电话网已在世界范围普及，目前家庭个人计算机用户大都通过电话线路与计算机网络相连；此外，随着卫星通信的发展，高容量、高宽带的多路复用传输也大大提高了模拟通信的传输效率。但是，如果在两台计算机的通信线路之间，只有部分电路采用数字通信，则数字通信的优点并不能充分地得到发挥。因此，为了提高通信效率，有条件的用户应安装数字数据通信专线，或直接接入局域网；此外，应大力发展陆上和海底的洲际光缆。 近20年来，数字数据通信技术已开始发展
12、并得到广泛应用。目前，数字通信已开始在长距离话音和数字数据领域逐渐替代传统的模拟通信。计算机网络技术的应用发展，则大大推动了数字通信技术的迅速发展。可以预言，数字数据通信最终将取代模拟数据通信。数据通信信的主要要技术指指标在数数字通信信中，我我们一般般使用比比特率和和误码率率来分别别描述数数据信号号传输速速率的大大小和传传输质量量的好坏坏等；在在模拟通通信中，我我们常使使用带宽宽和波特特率来描描述通信信信道传传输能力力和数据据信号对对载波的的调制速速率。 1.带带宽在模拟拟信道中中，我们们常用带带宽表示示信道传传输信息息的能力力，带宽宽即传输输信号的的最高频频率与最最低频率率之差。理理论分析析
13、表明，模模拟信道道的带宽宽或信噪噪比越大大，信道道的极限限传输速速率也越越高。这这也是为为什么我我们总是是努力提提高通信信信道带带宽的原原因。 2.比特特率在数字字信道中中，比特特率是数数字信号号的传输输速率，它它用单位位时间内内传输的的二进制制代码的的有效位位(biit)数数来表示示，其单单位为每每秒比特特数biit/ss(bpps)、每每秒千比比特数(Kbpps)或或每秒兆兆比特数数(Mbbps)来表示示(此处处K和MM分别为为10000和1100000000，而不不是涉及及计算机机存储器器容量时时的10024和和104485776)。3.波特特率波特率率指数据据信号对对载波的的调制速速率
14、，它它用单位位时间内内载波调调制状态态改变次次数来表表示，其其单位为为波特(Bauud)。 波特率率与比特特率的关关系为：比特率率=波特特率X单单个调制制状态对对应的二二进制位位数。 显然，两两相调制制(单个个调制状状态对应应1个二二进制位位)的比比特率等等于波特特率；四四相调制制(单个个调制状状态对应应2个二二进制位位)的比比特率为为波特率率的两倍倍；八相相调制(单个调调制状态态对应33个二进进制位)的比特特率为波波特率的的三倍；依次类类推。4.误码码率误码率率指在数数据传输输中的错错误率。在在计算机机网络中中一般要要求数字字信号误误码率低低于100(-6)。数据传输输方式(Datta TT
15、rannsmiissiion Modde)一、基带带信号与与宽带信信号以及及它们的的传输11.基带带信号与与基带传传输基带信信号(BBaseebannd SSignnal)直接用用两种不不同的电电压来表表示数字字信号11和0，因因此我们们将对应应矩形电电脉冲信信号的固固有频率率称为基带，相应应的信号号称为基基带信号号。基带带传输(Bassebaand Traansmmisssionn)指通通过有线线信道直直接传输输基带信信号，一一般用于于传输距距离较近近的数字字通信系系统，如如基带局局域网系系统。2.宽带带信号宽带带信号(Widdebaand Siggnall)用多多组基带带信号11和0分分别
16、调制制不同频频率的载载波，并并由这些些分别占占用不同同频段的的调制载载波组成成。 33.多路路复用为了了充分利利用通信信干线的的通信能能力，人人们广泛泛使用多多路复用用(Muultiipleex)技技术，即即让多路路通信信信道同时时共用一一条线路路。多路路复用可可分为频频分多路路复用和和时分多多路复用用。 频分多多路复用用当当我们采采用宽带带信号时时，由于于同一线线路上不不同频率率的各路路信道互互不干扰扰地同时时传输各各自的信信号，我我们称之之为频分分多路复复用(FFreqquenncy -Diivissionn Muultiipleexinng)。频频分多路路复用常常用于宽宽带网络络中。时分
17、多多路复用用当当我们采采用基带带信号时时，如让让各路通通信按时时间顺序序瞬时地地分别占占有线路路的整个个频带，并并周期性性地重复复此过程程，该线线路就按按时间分分隔成了了多个逻逻辑信道道，我们们称之为为时分多多路复用用(Tiime Mulltipplexxingg)。其其中，同同步分时时多路通通信可以以确定每每个信道道何时使使用线路路；反之之则称为为异步分分时多路路通信。时时分多路路复用常常用于基基带网络络中。二、并行行与串行行方式(Parralllel & SSeriial Modde)根据据一次传传输数位位的多少少可将基基带传输输分为并并行(PParaalleel)方方式和串串行(SSer
18、iial)方式，前前者是通通过一组组传输线线多位同同时传输输数字数数据，后后者是通通过一对对传输线线逐位传传输数字字代码。通通常，计计算机内内部以及及计算机机与并行行打印机机之间采采用并行行方式，而而传输距距离较远远的数字字通信系系统多采采用串行行方式。并行传输方式要求并行的各条线路同步，因此需要传输定时和控制信号，而并行的各路信号在经过转发与放大处理时，将引起不同的延迟与畸变，故较难实现并行同步。若采用更复杂的技术、设备与线路，其成本会显著上升。故在远距离数字通信中一般不使用并行方式。 串行通信双方常以数据帧为单位传输信息，但由于串行方式只能逐位传输数据，因此，在发送方需要进行信号的并/串转
19、换，而接收方则需要进行信号的串/并转换。 三、单工工、半双双工和全全双工方方式(SSimpplexx, HHalff Duupleex & Fuull Dupplexx)根据通通信双方方的分工工和信号号传输方方向可将将通信分分为三种种方式：单工、半半双工与与全双工工。在计计算机网网络中主主要采用用双工方方式，其其中：局局域网采采用半双双工方式式，城域域网和广广域网采采用全双双年方式式。 1. 单工工(Siimpllex)方式：通信双双方设备备中发送送器与接接收器分分工明确确，只能能在由发发送器向向接收器器的单一一固定方方向上传传送数据据。采用用单工通通信的典典型发送送设备如如早期计计算机的的读
20、卡器器，典型型的接收收设备如如打印机机。 2. 半双双工(HHalff Duupleex)方方式：通通信双方方设备既既是发送送器，也也是接收收器，两两台设备备可以相相互传送送数据，但但某一时时刻则只只能向一一个方向向传送数数据。例例如，步步话机是是半双工工设备，因因为在一一个时刻刻只能有有一方说说话。 33. 全全双工(Fulll DDupllex)方式：通信双双方设备备既是发发送器，也也是接收收器，两两台设备备可以同同时在两两个方向向上传送送数据。例例如，电电话是全全双工设设备，因因为双方方可同时时说话。 四、异步步传输与与同步传传输(AAsynnchrronoous & SSyncchro
21、onouus TTrannsmiissiion)1.同同步问题题的重要要性在数字字通信中中，同步步(Syynchhronnouss)是十十分重要要的。当当发送器器通过传传输介质质向接收收器传输输数据信信息时，如如每次发发出一个个字符(或一个个数据帧帧)的数数据信号号，接收收器必须须识别出出该字符符(或该该帧)数数据信号号的开始始位和结结束位，以以便在适适当的时时刻正确确地读取取该字符符(或该该帧)数数据信号号的每一一位信息息，这就就是接收收器与发发送器之之间的基基本同步步问题。当以数据帧传输数据信号时，为了保证传输信号的完整性和准确性，除了要求接收器应能识别每个字符(或数据帧)对应信号的起止，
22、以保证在正确的时刻开始和结束读取信号，也即保持传输信号的完整性外；还要求使其时钟与发送器保持相同的频率，以保证单位时间读取的信号单元数相同，也即保证传输信号的准确性。因此当以数据帧传输数据信号时，要求发送器应对所发送的信号采取以下两个措施：在每帧数据对应信号的前面和后面分别添加有别于数据信号的开始信号和停止信号；在每帧数据信号的前面添加时钟同步信号，以控制接收器的时钟同步。2.异步步传输与与同步传传输异步传传输与同同步传输输均存在在上述基基本同步步问题：一般采采用字符符同步或或帧同步步信号来来识别传传输字符符信号或或数据帧帧信号的的开始和和结束。两两者之间间的主要要区别在在于发送送器或接接收器
23、之之一是否否向对方方发送时时钟同步步信号。异步传输(Asynchronous Transmission)以字符为单位传输数据，采用位形式的字符同步信号，发送器和接收器具有相互独立的时钟(频率相差不能太多)，并且两者中任一方都不向对方提供时钟同步信号。异步传输的发送器与接收器双方在数据可以传送之前不需要协调：发送器可以在任何时刻发送数据，而接收器必须随时都处于准备接收数据的状态。计算机主机与输入、输出设备之间一般采用异步传输方式，如键盘、典型的RS-232串口(用于计算机与调制解调器或ASCII码终端设备之间)：发送方可以在任何时刻发送一个字符(由一个开始位引导，然后连续发完该字符的各位，后跟一
24、个位长以上的哑位)。同步传输(Synchronous Transmission)以数据帧为单位传输数据，可采用字符形式或位组合形式的帧同步信号(后者的传输效率和可靠性高)，由发送器或接收器提供专用于同步的时钟信号。在短距离的高速传输中，该时钟信号可由专门的时钟线路传输；计算机网络采用同步传输方式时，常将时钟同步信号植入数据信号帧中，以实现接收器与发送器的时钟同步。错误检测测与修正正(Errrorr Chheckk & Corrrecct)在数数字数据据通信中中，由发发送器发发送的数数据信号号祯(FFramme)在在经由网网络传到到接收器器后，由由于多种种原因可可能导致致错误位位(biit ee
25、rroors)的出现现，因此此必须由由接收器器采取一一定的措措施探测测出所有有的错误误位，并并进而采采取一定定的措施施予以修修正。一、错误误检测的的基本原原理(PPrinncipple of Errror Cheeck)发发送器向向所发送送的数据据信号祯祯添加错错误检验验码(CChecck BBitss)，并并取该错错误检测测码作为为该被传传输数据据信号的的函数；接收器器根据该该函数的的定义进进行同样样的计算算，然后后将两个个结果进进行比较较：如果果结果相相同，则则认为无无错误位位；否则则认为该该数据祯祯存在有有错误位位。一般般说来，错错误检测测可能出出现三种种结果：11. 在在所传输输的数据
26、据祯中未未探测到到，也不不存在错错误位 22. 所所传输的的数据祯祯中有一一个或多多个被探探测到的的错误位位，但不不存在未未探测到到的错误误位 3. 被传传输的数数据祯中中有一个个或多个个没有被被探测到到的错误误位。 显显然我们们希望尽尽可能好好地选择择该检测测函数，使使检测结结果可靠靠，即：所有的的错误最最好都能能被检测测出来；如检测测出现无无错结果果，则应应不再存存在任何何未被检检测出来来的错误误。实际采采用的错错误检测测方法主主要有两两类：奇奇偶校验验(Paaritty)和和CRCC循环冗冗余校验验(Cyycliic RReduundaancyy Chheckk)。二、奇偶偶校验(Par
27、rityy)1.单向奇奇偶校验验单单向奇偶偶校验(Roww Paaritty)由由于一次次只采用用单个校校验位，因因此又称称为单个个位奇偶偶校验(Sinnglee Biit PPariity)。发送送器在数数据祯每每个字符符的信号号位后添添一个奇奇偶校验验位，接接收器对对该奇偶偶校验位位进行检检查。典典型的例例子是面面向ASSCIII码的数数据信号号祯的传传输，由由于ASSCIII码是七七位码，因因此用第第八个位位码作为为奇偶校校验位。单向奇偶校验又分为奇校验(Odd Parity)和偶校验(Even Parity)，发送器通过校验位对所传输信号值的校验方法如下：奇校验保证所传输每个字符的8个
28、位中1的总数为奇数；偶校验则保证每个字符的8个位中1的总数为偶数。显然，如果被传输字符的7个信号位中同时有奇数个(例如1、3、5、7)位出现错误，均可以被检测出来；但如果同时有偶数个(例如2、4、6)位出现错误，单向奇偶校验是检查不出来的。一般在同步传输方式中常采用奇校验，而在异步传输方式中常采用偶校验。2.双向向奇偶校校验为了提提高奇偶偶校验的的检错能能力，可可采用双双向奇偶偶校验(Roww annd CColuumn Parrityy)，也也可称为为双向冗冗余校验验(Veertiicall annd LLonggituudinnal Reddunddanccy CCheccks)。三、CR
29、RC循环环冗余校校验(CCycllic Reddunddanccy CChecck)11.CRRC循环环冗余校校验的基基本原理理 发送器器和接收收器约定定选择同同一个由由n+11个位组组成的二二进制位位列P作作为校验验列，发发送器在在数据祯祯的K个个位信号号后添加加n个位位(n KK)组成成的FCCS祯检检验列(Fraame Cheeck Seqquennce)，以保保证新组组成的全全部信号号列值可可以被预预定的校校验二进进制位列列P的值值对二取取模整除除；接收收器检验验所接收收到数据据信号列列值(含含有数据据信号祯祯和FCCS祯检检验列)是否能能被校验验列P对对二取模模整除，如如果不能能，则
30、存存在传输输错误位位。P被被称为CCRC循循环冗余余校验列列，正确确选择PP可以提提高CRRC冗余余校验的的能力。(注：对对二取模模的四则则运算指指参与运运算的两两个二进进制数各各位之间间凡涉及及加减运运算时均均进行XXOR异异或运算算，即：1 XXOR 1=00，0 XORR 0=0，11 XOOR 00=1)。可以以证明，只只要数据据祯信号号列M和和校验列列P是确确定的，则则可以唯唯一确定定FCSS祯检验验列(也也称为CCRC冗冗余检验验值)的的各个位位。FCSS帧检验验列可由由下列方方法求得得：在MM后添加加n个零零后对二二取模整整除以PP所得的的余数。例如：如要传输的M=7位列为101
31、1101，选定的P校验二进制位列为10101(共有n+1=5位)，对应的FCS帧校验列即为用1011101 0000(共有M+n=7+4=11位)对二取模整除以10101后的余数0111(共有n=4位)。因此，发送方应发送的全部数据列为10111010111。接收方将收到的11位数据对二取模整除以P校验二进制位列10101，如余数非0，则认为有传输错误位。2.CRC循环冗余校验标准多项式P(X)为了表示方便，实用时发送器和接收器共同约定选择的校验二进制位列P常被表示为具有二进制系数(1或0)的CRC标准校验多项式P(X)。(1)CRC循环冗余校验常用的标准多项式P(X)常用的CRC循环冗余校验
32、标准多项式如下： CRC(16位) = X16+X15+X2+1CRC(CCITT) = X16+X12+X5+1CRC(32位) =X32+X26+X23+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1以CRC(16位)多项式为例，其对应校验二进制位列为1 1000 0000 0000 0101。注意：这儿列出的标准校验多项式P(X)都含有(X+1)的多项式因子；各多项式的系数均为二进制数，所涉及的四则运算仍遵循对二取模的运算规则。(2)CRC循环冗余校验标准多项式P(X)的检错能力CRC循环冗余校验具有比奇偶校验强得多的检错能力。可以证明：它可以检测出所有的单个位错、
33、几乎所有的双个位错、低于P(X)对应二进制校验列位数的所有连续位错、大于或等于P(X)对应二进制校验列位数的绝大多数连续位错。但是，当传输中发生的错误多项式E(X)能被校验多项式P(X)对二取模整除时，它就不可能被P(X)探测出来，例如当E(X)=P(X)时。四、错误误修正(Errror Corrrecctioon)对数数据信号号祯传输输过程中中的位错错进行修修正的方方法主要要有两种种：1. 由发送送器提供供错误修修正码，然然后由接接收器自自己修正正错误 22. 在在接收器器发现接接收到的的错误祯祯中有位位错误时时，通知知发送器器重新发发送数据据信号祯祯。 前一一种方法法中的错错误修正正码需要
34、要发送器器由被传传送数据据信号祯祯计算得得到，然然后添加加到数据据祯的后后面，其其长度几几乎等于于数据位位数，导导致效率率降低550%，实实际采用用不多；一般采采用后一一种较为为有效的的重发送送方法。数据交换换技术(Datta SSwittchiing Tecchnoologgy)在数数据通信信线路中中，最简简单的形形式是在在由某种种传输介介质直接接连接的的两台设设备之间间进行通通信。但但在长距距离通信信中，从从源站发发出的数数据一般般还需要要经过网网络中一一个或多多个用作作交换设设备的中中间结点点，由相相应结点点的交换换设备把把数据从从一个结结点传送送到另一一个结点点，直至至到达目目的站。通
35、通常我们们将交换换网络中中所有通通信的发发送方与与接收方方的主机机均简称称为站，而而将通信信交换设设备简称称为结点点。这些些结点以以不规则则的网状状结构用用传输线线路互相相连接起起来，而而每个站站点都连连接到某某个结点点上。在交交换网络络中，站站点之间间需要通通过有关关结点之之间的数数据交换换才能实实现数据据通信，基基本的交交换技术术有两类类：电路路交换与与存储转转发，存存储转发发又可以以分为报报文交换换和分组组交换，分分组交换换则可分分为面向向连接的的虚电路路传输和和无连接接的数据据报传输输。目前前，最具具有发展展前景的的是高速速分组交交换技术术。 一、电路路交换(Cirrcuiit SSw
36、ittchiing)电电路交换换(Ciircuuit Swiitchhingg)是在在两个站站点之间间通过通通信子网网的结点点建立一一条专用用的通信信线路，这这些结点点通常是是一台采采用机电电与电子子技术的的交换设设备(例例如程控控交换机机)。也也就是说说，在两两个通信信站点之之间需要要建立实实际的物物理连接接，其典典型实例例是两台台电话之之间通过过公共电电话网络络的互连连实现通通话。 电电路交换换实现数数据通信信需经过过下列三三个步骤骤：首先先是建立立连接，即即建立端端到端(站点到到站点)的线路路连接；其次是是数据传传送，所所传输数数据可以以是数字字数据(如远程程终端到到计算机机)，也也可以
37、是是模拟数数据(如如声音)；最后后是拆除除连接，通通常在数数据传送送完毕后后由两个个站点之之一终止止连接。 电路交交换的优优点是实实时性好好，但将将电话采采用的电电路交换换技术用用于传送送计算机机或远程程终端的的数据时时，会出出现下列列问题：用于于建立连连接的呼呼叫时间间大大长长于数据据传送时时间(这这是因为为在建立立连接的的过程中中，会涉涉及一系系列硬件件开关动动作，时时间延迟迟较长，如如某段线线路被其其他站点点占用或或物理断断路，将将导致连连接失败败，并需需重新呼呼叫)；通信信带宽不不能充分分利用，效效率低(这是因因为两个个站点之之间一旦旦建立起起连接，就就独自占占用实际际连通的的通信线线
38、路，而而计算机机通信时时真正用用来传送送数据的的时间一一般不到到10%，甚至至可低到到1%)；由由于不同同计算机机和远程程终端的的传输速速率不同同，因此此必须采采取一些些措施才才能实现现通信，如如不直接接连通终终端和计计算机，而而设置数数据缓存存器等。 二、报文文交换(Messsagge SSwittchiing)报报文交换换(Meessaage Swiitchhingg)是通通过通信信子网上上的结点点采用存存储转发发的方式式来传输输数据，它它不需要要在两个个站点之之间建立立一条专专用的通通信线路路。报文文交换中中传输数数据的逻逻辑单元元称为报报文，其其长度一一般不受受限制，可可随数据据不同而
39、而改变。一一般它将将接收报报文站点点的地址址附加于于报文一一起发出出，每个个中间结结点接收收报文后后暂存报报文，然然后根据据其中的的地址选选择线路路再把它它传到下下一个结结点，直直至到达达目的站站点。 实实现报文文交换的的结点通通常是一一台计算算机，它它具有足足够的存存储容量量来缓存存所接收收的报文文。一个个报文在在每个结结点的延延迟时间间等于接接收报文文的全部部位码所所需时间间、等待待时间，以以及传到到下一个个结点的的排队延延迟时间间之和。 报文交交换的主主要优点点是线路路利用率率较高，多多个报文文可以分分时共享享结点间间的同一一条通道道；此外外，该系系统很容容易把一一个报文文送到多多个目的
40、的站点。报报文交换换的主要要缺点是是报文传传输延迟迟较长(特别是是在发生生传输错错误后)，而且且随报文文长度变变化，因因而不能能满足实实时或交交互式通通信的要要求，不不能用于于声音连连接，也也不适于于远程终终端与计计算机之之间的交交互通信信。三、分组组交换(Pacckett Swwitcchinng)分组组交换(Pacckett Swwitcchinng)的的基本思思想包括括：数据据分组、路路由选择择与存储储转发。它它类似于于报文交交换，但但它限制制每次所所传输数数据单位位的长度度(典型型的最大大长度为为数千位位)，对对于超过过规定长长度的数数据必须须分成若若干个等等长的小小单位，称称为分组组
41、(Paackeets)。从通通信站点点的角度度来看，每每次只能能发送其其中一个个分组。 各各站点将将要传送送的大块块数据信信号分成成若干等等长而较较小的数数据分组组，然后后顺序发发送；通通信子网网中的各各个结点点按照一一定的算算法建立立路由表表(各目目标站点点各自对对应的下下一个应应发往的的结点)，同时时负责将将收到的的分组存存储于缓缓存区中中(而不不使用速速度较慢慢的外存存储器)，再根根据路由由表确定定各分组组下一步步应发向向哪个结结点，在在线路空空闲时再再转发；依次类类推，直直到各分分组传到到目标站站点。由由于分组组交换在在各个通通信路段段上传送送的分组组不大，故故只需很很短的传传输时间间
42、(通常常仅为mms数量量级)，传传输延迟迟小，故故非常适适合远程程终端与与计算机机之间的的交互通通信，也也有利于于多对时时分复用用通信线线路；此此外由于于采取了了错误检检测措施施，故可可保证非非常高的的可靠性性；而在在线路误误码率一一定的情情况下，小小的分组组还可减减少重新新传输出出错分组组的开销销；与电电路交换换相比，分分组交换换带给用用户的优优点则是是费用低低。 根根据通信信子网的的不同内内部机制制，分组组交换子子网又可可分为面面向连接接(Coonneect-Oriientted)和无连连接(CConnnecttlesss)两两类。前前者要求求建立称称为虚电电路(VVirttuall Ci
43、ircuuit)的连接接，一对对主机之之间一旦旦建立虚虚电路，分分组即可可按虚电电路号传传输，而而不必给给出每个个分组的的显式目目标站点点地址，在在传输过过程中也也无须为为之单独独寻址，虚虚电路在在关闭连连接时撤撤销。后后者不建建立连接接，数据据报(DDataagraam，即即分组)带有目目标站点点地址，在在传输过过程中需需要为之之单独寻寻址。 分分组交换换的灵活活性高，可可以根据据需要实实现面向向连接或或无连接接的通信信，并能能充分利利用通信信线路，因因此现有有的公共共数据交交换网都都采用分分组交换换技术。LLAN局局域网也也采用分分组交换换技术，但但在局域域网中，从从源站到到目的站站只有一
44、一条单一一的通信信线路，因因此，不不需要公公用数据据网中的的路由选选择和交交换功能能。 四四、高速速分组交交换技术术(Hiigh Speeed Pacckett Swwitcchinng TTechhnollogyy)由于网网络的应应用越来来越广泛泛，人们们对通信信线路带带宽的需需求越来来越高，现现有的交交换技术术，已经经不能满满足日益益增长的的网络应应用的要要求，如如交互式式的会话话对实时时性要求求很高，延延迟要很很小；高高清晰度度电视图图像及多多媒体实实时数据据的传送送都要求求高速宽宽带的通通信网。1.帧中继帧中继(Frame Relay)是目前开始流行的一种高速分组技术。典型的帧中继通信
45、系统以帧中继交换机作为结点组成高速帧中继网，再将各个计算机网络通过路由器与帧中继网络中的某一结点相连；与一般分组交换在每个结点均要对组成分组的各个数据帧进行检错等处理不同的是：帧中继交换结点在接收到一个帧时就转发该帧，并大大减少(并不完全取消)接收该帧过程中的检错步骤，从而将结点对帧的处理时间缩短一个数量级，因此称为高速分组交换。当某结点发现错误则立即中止该帧的传输，并由源站申请重发该帧。显然，只有当帧中继网络中的错误率非常低时，帧中继技术才是可行的。 帧中继的帧长是可变的，可按需要分配带宽，帧中继网络的传输速率可达64Kbps45Mbps，适用于局域网、城域网和广域网。2.ATM异步传输模式
46、最有发展前途的高速分组交换技术是ATM异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode)，它是建立在电路交换与分组交换基础上的一种新的交换技术，并由基于光纤网络的B-ISDN宽带综合业务数字网所采用：用户主机所在网络通过ATM交换结点再与光纤数字网络相连。ATM异步传输模式的主要特点如下：1). 模式中的分组称为信元(Cell)，其长度是固定的，由5个字节首部和48个字节的信息字组成，因此在各结点可采用硬件对信元进行处理，而缩短信元处理时间 2). 交换设备可按网络最大速度设置，而不同类型的服务可复用在一起，各通信信道对应信元根据业务量的大小按先到先服务的原则占用各分时段，速率高的信源占用较多时段，因而可支持各种业务的不同速率 3). 保留电路交换以满足传输从语音到高清晰度电视图像等各种实时性很强的业务需要 利用光纤通信误码率低的优点将差错控制由数据链路层改到高层，而提高信元在网络中的传输速率。