计算机网络技术基础：6.数据传输方式

        数据传输是指利用信号把数据从发送端传送到接收端的过程，通常可以从多个不同的角度对数据传输方式进行描述。

一、并行传输和串行传输

        数据在信道上传输时，按照使用信道的多少可以分为串行传输和并行传输两种方式。

1.串行传输

        在计算机中，通常使用8个数据位来表示一个字符。串行传输指的是数据的若干位按顺序一位一位地传送，从发送端到接收端只要一条传输信道即可。

2.并行传输

        在进行近距离传输时，为获得较高的传输速率，使数据的传输时延尽量小，常采用并行传输方式，即字符的每一个数据位各占一条传输信道，通过多条并行的信道同时传输。例如，计算机内的数据总线就是采用并行传输的，根据信道数量不同可分为8位、16位、32位、和64位等等。

        串行传输可以节省传输线路和设备，利于远程传输，所以广泛用于远程数据传输。例如，通信网和计算机网络中数据传输都是以串行方式进行的。并行传输的速率高，但传输路线和设备都需要增加若干倍，一般用于短距离并要求快速传输的情况。

二、单工、半双工和全双工通信

        根据数据在信道上传输方向与时间的关系，数据通信方式分为单工、半双工和全双工通信。

1.单工通信

        单工通信又称单向通信。在单工通信中，数据固定地从发送端传送到接收端，即信息流仅沿一个方向流动。例如，无线广播采用的就是单工通信。

2.半双工通信

        半双工通信又称双向交替通信。在半双工通信中，数据可以双向传送，但不能在两个方向上同时进行。通信双方都具有发送器和接收器，但在同一时刻信道只能容纳一个方向的数据传输。例如，无线对讲机采用的就是半双工通信，当甲讲话时，乙无法讲话，等甲讲完后，乙才能讲话。

3.全双工通信

        全双工通信又称双向同时通信。在全双工通信中，同一时刻双方能在两个方向传输数据，它相当于把两个相反方向的单工通信方式组合起来。例如，打电话时，双方可以同时讲话。全双工通信效率高，但结构复杂，成本较高。

三、异步传输和同步传输

        当发送端将数据发送出去后，为保证数据传输的正确性，收发双方要同步处理数据。所谓同步，就是指通信双方在发、收时间上必须保持一致；否则，数据传输就会发生丢包或重复读取等错误。

        根据通信双方协调方式的不同，同步方式有两种：异步传输和同步传输。

1.异步传输

        异步传输又称为起止式传输。发送端可以在任何时刻向接收端发送数据，且将每个字符（5~8位）作为一个独立的整体进行发送，字符间的间隔时间可以任意变化。为了便于接收端识别这些字符，发送端需要在每个字符的前后分别加上一位或多位信息作为它的起始位和停止位。

        如果传送的字符由7位二进制组成，那么在其前后各附加一位起始位和停止位，甚至还有校验位，其字符长度将达10位。很显然，由于辅助位多，这种方式的传输效率很低，适用于低速通信。

2.同步传输

        同步传输要求数据的发送端和接收端始终保持时钟同步。根据同步通信规程，同步传输具体又分为面向字符的同步和面向位的同步。

（1）面向字符的同步

        发送端将字符分成组进行连续发送，并在每组字符前后各加一个同步字符（SYN）。当接收端接收到同步字符时开始接收数据，直到再次收到同步字符时停止接收，然后进入等待状态，准备下一次通信。

（2）面向位的同步

        发送端每次发送一个二进制位序列并在发送过程的前后分别使用一个特殊的8位位串（如01111110）作为同步字节来表示发送的开始和结束。

        在同步传输中将整个字符组作为一个单位进行传送，且附加位比较少，从而提高了数据传输效率。这种方式一般用于高速传输数据的系统中。但是要求收发双方的时钟严格同步，加重了数据通信设备的负担，如果传输的数据中出现与同步字符（或同步字节）相同的数据，则需要额外的技术来解决；如果一次传输有错，则需要将该次传输的整个数据块进行重传。

四、基带传输和频带传输

        在数据通信中，计算机等设备产生的信号是二进制数字信号，即“1”和“0”。若要在相应的信道中传输，需要转换成适合传输的数字信号或模拟信号。数字信号在信道中的传输技术分为基带传输和频带传输两类。

1.基带传输

        由计算机等设备直接发出的数字信号是一连串矩形电脉冲信号，包含直流、低频和高频等多种成分。在其频谱中，从零到能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称基带。在线路上直接传输数字基带信号称为基带传输。

        基带传输中，发送端需要用编码器对数字信号进行编码，然后在接收端由译码器进行解码才能恢复发送端发送的数据。在实际应用中，常采用非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种编码方法。

        基带传输时一种最简单的传输方式，它抗干扰能力强、成本低，但是由于基带信号含有从直流到高频的频率特性，传输时必须占用整个信道，因此信道利用率低。另外，基带传输信号衰减严重，传输的距离受到限制，因此常用于局域网。

2.频带传输

        在实现远距离通信时，最经常使用的仍然是普通的电话线。电话信道的带宽为3.1KHz，只适用于传输音频范围为300Hz~3400Hz的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽而且又集中在低频段的数字基带信号。因此必须将数字信号转换成模拟信号进行传输。

        一般采用的方法是发送端在音频范围内选择某一频率的正（余）弦波作为载波，用它寄载所要传输的数字信号，通过电话信道将其送至接收端；在接收端再将数字信号从载波上分离出来，恢复为原来的数字信号。这种利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为频带传输。

        在频带传输中，由发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称为调制，使用的调制设备称为调制器；在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为解调，使用的设备称为解调器。同时具备调制和解调功能的设备称为调制解调器（Modem，俗称“猫”）。在实现全双工通信时，则要求收发双方都安装调制解调器。