数据通信

数据通信

前面讨论了传输的基础和信息传送所必需的各种机制，下面开始讨论通信。

“传输和通信有什么区别呢？”

用人的讲话来作一个比方。我们弄懂了人说话的内部机制，人的嘴巴如何巧妙处理这些声音，从而形成我们所称的语音－－但这还远远不能算是通信。你发出的单词必须加以组织以形成句子。如果你说得太快或者太慢，别人将无法理解。如果很多人同时说话，那也将一事无成。如果有人用一种你不懂的语言讲话，沟通也无法进行。如果句子中少掉了某些单词或者短语，也将会丢失一些含义。

电子通信也存在相似的问题。为了理解报文，接收方必须知道信息比特的组织方式。为了解释报文，接收方必须清楚报文到达的速度。如果同时有许多人要使用同一媒体，那将出现什么情况？这在局域网中经常发生。有没有办法可以少传输几个比特，但仍然保持信息的完整含义？

传输模式

传输模式定义了比特组合从一个设备传到另一个设备的方式。它还定义了比特是可以同时在两个方向上传输，还是设备必须轮流地发送和接收信息。

串行和并行传输

首先，我们来区分串行和并行传输。并行传输指可以同时传输一组比特，每个比特使用单独的一条线路（导线）。这些线路通常被捆扎在一条电缆里。并行传输非常普遍，特别是用于两个短距离的设备之间。

并行传输应用到长距离的连接上就无优点可言了。首先，在长距离上使用多条线路要比使用一条单独线路昂贵。其次，长距离的传输要求较粗的导线，从而降低信号的衰减。这时要把它们捆到一条单独电缆里相当困难。第三个问题涉及比特传输所需要的时间。短距离时，同时发送的比特几乎总是能够同时收到。但长距离时，导线上的电阻或多或少地阻碍比特的传输，从而使它们的到达稍快或稍慢，这将给接收端带来麻烦。

串行传输提供了并行传输以外的另一种选择。它只使用一条线路，逐个地传送所有的比特。它比较便宜，用在长距离连接中也比并行传输更加可靠。因为它每次只能发送一个比特位，所以其速度也比较慢。

这种传输方式给发送设备和接收设备增加了额外的复杂性。发送方必须明确比特发送的顺序。同样，接收方必须知道一个目标字节中收到的第一个比特位应该放在什么位置上。这个问题虽然看起来比较琐碎，但不同体系结构对字节内比特的编号各不相同，如果各协议在比特的顺序上无法取得一致的话，信息的传输将出现错误。

异步和同步传输

有两种提供串行通信的方法：异步传输和同步传输。异步传输指比特被划分成小组独立传送。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。

异步传输是一种典型的基于字节的输入输出。这是一个操作系统术语，指数据按每次一个字节进行传送。

异步传输存在一个潜在的问题。注意接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并作出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输都以一个开始位开头，它通知接收方数据已经到达了。这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间。在传输结束时，一个停止位表示一次传输的终止。按照惯例，空闲的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，开始位使信号变成0。其他的比特位使信号随比特值而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。

异步传输被设计用于低速设备，比如键盘和某些打印机等。另外，它的开销较多。在上面的例子中，每8个比特就多传送两个比特。这样，总的传输负载就增加25％，对于数据传输量小的低速设备来说还好，对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25％的负载增值就相当严重了。

同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们称这些组合为数据帧，或简称为帧。

数据帧的具体组织形式随协议而定，数据帧有许多公共的特征。下图显示了一个数据帧的一般组织形式。方向是从右向左。

数据帧的第一部分包含同步字符（SYN），它是一个独特的比特组合，用于通知接收方一个帧已经到达。SYN字符类似于前面提到的开始位，但它还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致。

接下来是控制位，可能包含下列这些元素：
源地址。指出数据帧从哪里来的。

目的地址。指出数据帧到哪里去。这在数据帧需要经过几个节点才能到达目的地的网络中非常重要。

序列号。它用于有很多帧被传送出去，但由于某种原因无法按顺序到达目的地的情况。接收方使用序列号对帧进行重组。

帧类型。随协议而定。

数据位定义了要发送的信息。字符之前不需要开始位和停止位。

错误检查位。用来检查或校正传输错误。

最后是一个帧结束标记。和SYN字符一样，它是一个独特的比特串，用于表示没有别的即将到达的比特了（至少在下一帧开始之前）。

同步传输通常要比异步传输快速很多。它的开销也相应较少。注意随着数据比特量的增加，开销所占的百分比相应地较少。另一方面，数据域越大，缓存数据所需的缓冲区也越大，这就限制了一个帧的大小。另外，帧越大，它占据传输媒体的连续时间也越长。在极端的情况下，这将导致其他用户等的太久。

单工、双工和全双工通信

接口标准

前面描述了传送信息的几种方法。你可能由此推断说两台设备只要使用相同的机制收发信息，就能互相通信。其实不然。如果两人同时说话，谁都不去听对方在说些什么，那它们将无法沟通。常识告诉我们要实现沟通，就必须轮流倾听和发言。有序的讨论要求建立能够对发言个体作出认可的规则（协议）。设备间的通信同样也需要协议的引导。如果设备没有准备好对信号进行接收和解释，那么给它发送调制信号是没有用的。

下面给出了一种设备连接的典型方案。集中讨论DTE-DCE接口标准。

RS-232接口

一个众所周知的接口标准是RS-232标准。我们这里只介绍于60年代晚期制定的RS-232-C标准，因为它是最常见的版本。

该标准最为明显的一点是DTE和DCE之间的连线数（25）。如果标准被完全实现的话，DTE和DCE的连接使用一条25线的电缆（有时称为DB-25电缆），电缆与设备的接口是一个25针的连接器。

//一个PC和一个调制解调器信号交换的例子。。。

RS-232的子集

如果观察一下PC机的背面，我们会发现连接RS-232端口的连接器并没有25针，而是8或9针。我们刚刚讨论了RS-232标准，生产商是否完全地实现了整个标准是另一回事。而实际的情况是很多接口只包含RS-232标准的一个子集。

为了实现多种功能，很多调制解调器遵循完整的标准。但大多数用户并不需要RS-232的所有功能。它们的主要通信需求就像刚才的例子中描述的那样。因此，调制解调器端口通常只需要一个8至9针的连接器，其中包括刚才例子中提到的那七条线路，再加上一两条地线。作出这样的决定，通常是处于经济上的考虑。

RS-232标准的一个缺点是它在带宽和距离上的限制。它一般用于50英尺的距离内每秒传输20k个比特。

空调制解调器

//一个空调制解调器的例子。。。