工控自動化技術文摘：數據通信基本知識

　　zaishujutongxinxianluzhong，zuijiandandexingshishizaiyoumouzhongchuanshujiezhizhijielianjiedeliangtaishebeizhijianjinxingtongxin。danzaichangjulitongxinzhong，congyuanzhanfachudeshujuyibanhaixuyaojingguowangluozhongyigehuoduogeyongzuojiaohuanshebeidezhongjianjiedian，youxiangyingjiediandejiaohuanshebeibashujucongyigejiedianchuansongdaolingyigejiedian，zhizhidaodamudezhan。tongchangwomenjiangjiaohuanwangluozhongsuoyoutongxindefasongfangyujieshoufangdezhujijunjianchengweizhan，erjiangtongxinjiaohuanshebeijianchengweijiedian。zhexiejiedianyibuguizedewangzhuangjiegouyongchuanshuxianluhuxianglianjieqilai，ermeigezhandiandoulianjiedaomougejiedianshang。
　　在交換網絡中，站點之間需要通過有關結點之間的數據交換才能實現數據通信，基本的交換技術有兩類：電dian路lu交jiao換huan與yu存cun儲chu轉zhuan發fa，存cun儲chu轉zhuan發fa又you可ke以yi分fen為wei報bao文wen交jiao換huan和he分fen組zu交jiao換huan，分fen組zu交jiao換huan則ze可ke分fen為wei麵mian向xiang連lian接jie的de虛xu電dian路lu傳chuan輸shu和he無wu連lian接jie的de數shu據ju報bao傳chuan輸shu。目mu前qian，最zui具ju有you發fa展zhan前qian景jing的de是shi高gao速su分fen組zu交jiao換huan技ji術shu。

一、電路交換(Circuit Switching)
　　電路交換(Circuit Switching)是在兩個站點之間通過通信子網的結點建立一條專用的通信線路，這些結點通常是一台采用機電與電子技術的交換設備(例如程控交換機)。也就是說，在兩個通信站點之間需要建立實際的物理連接，其典型實例是兩台電話之間通過公共電話網絡的互連實現通話。
　　電路交換實現數據通信需經過下列三個步驟：首先是建立連接，即建立端到端(站點到站點)的線路連接；其次是數據傳送，所傳輸數據可以是數字數據(如遠程終端到計算機)，也可以是模擬數據(如聲音)；最後是拆除連接，通常在數據傳送完畢後由兩個站點之一終止連接。電路交換的優點是實時性好，但將電話采用的電路交換技術用於傳送計算機或遠程終端的數據時，會出現下列問題：①用於建立連接的呼叫時間大大長於數據傳送時間(zheshiyinweizaijianlilianjiedeguochengzhong，huishejiyixilieyingjiankaiguandongzuo，shijianyanchijiaochang，rumouduanxianlubeiqitazhandianzhanyonghuowuliduanlu，jiangdaozhilianjieshibai，bingxuzhongxinhujiao)；②通信帶寬不能充分利用，效率低(這是因為兩個站點之間一旦建立起連接，就獨自占用實際連通的通信線路，而計算機通信時真正用來傳送數據的時間一般不到10%，甚至可低到1%)；③youyubutongjisuanjiheyuanchengzhongduandechuanshusulvbutong，yincibixucaiquyixiecuoshicainengshixiantongxin，rubuzhijieliantongzhongduanhejisuanji，ershezhishujuhuancunqideng。

二、報文交換(Message Switching)
　　報文交換(Message Switching)shitongguotongxinziwangshangdejiediancaiyongcunchuzhuanfadefangshilaichuanshushuju，tabuxuyaozailianggezhandianzhijianjianliyitiaozhuanyongdetongxinxianlu。baowenjiaohuanzhongchuanshushujudeluojidanyuanchengweibaowen，qichangduyibanbushouxianzhi，ke隨sui數shu據ju不bu同tong而er改gai變bian。一yi般ban它ta將jiang接jie收shou報bao文wen站zhan點dian的de地di址zhi附fu加jia於yu報bao文wen一yi起qi發fa出chu，每mei個ge中zhong間jian結jie點dian接jie收shou報bao文wen後hou暫zan存cun報bao文wen，然ran後hou根gen據ju其qi中zhong的de地di址zhi選xuan擇ze線xian路lu再zai把ba它ta傳chuan到dao下xia一yi個ge結jie點dian，直zhi至zhi到dao達da目mu的de站zhan點dian。
　　實shi現xian報bao文wen交jiao換huan的de結jie點dian通tong常chang是shi一yi台tai計ji算suan機ji，它ta具ju有you足zu夠gou的de存cun儲chu容rong量liang來lai緩huan存cun所suo接jie收shou的de報bao文wen。一yi個ge報bao文wen在zai每mei個ge結jie點dian的de延yan遲chi時shi間jian等deng於yu接jie收shou報bao文wen的de全quan部bu位wei碼ma所suo需xu時shi間jian、等待時間，以及傳到下一個結點的排隊延遲時間之和。
報文交換的主要優點是線路利用率較高，多個報文可以分時共享結點間的同一條通道；此外，該係統很容易把一個報文送到多個目的站點。報文交換的主要缺點是報文傳輸延遲較長(特別是在發生傳輸錯誤後)，而且隨報文長度變化，因而不能滿足實時或交互式通信的要求，不能用於聲音連接，也不適於遠程終端與計算機之間的交互通信。

三、分組交換(Packet Switching)
　　分組交換(Packet Switching)的基本思想包括：數據分組、路由選擇與存儲轉發。它類似於報文交換，但它限製每次所傳輸數據單位的長度(典型的最大長度為數千位)，對於超過規定長度的數據必須分成若幹個等長的小單位，稱為分組(Packets)。從通信站點的角度來看，每次隻能發送其中一個分組。
　　各站點將要傳送的大塊數據信號分成若幹等長而較小的數據分組，然後順序發送；通信子網中的各個結點按照一定的算法建立路由表(各目標站點各自對應的下一個應發往的結點)，同時負責將收到的分組存儲於緩存區中(而不使用速度較慢的外存儲器)，再根據路由表確定各分組下一步應發向哪個結點，在線路空閑時再轉發；依次類推，直到各分組傳到目標站點。由於分組交換在各個通信路段上傳送的分組不大，故隻需很短的傳輸時間(通常僅為ms數量級)，傳輸延遲小，故非常適合遠程終端與計算機之間的交互通信，也有利於多對時分複用通信線路；此外由於采取了錯誤檢測措施，故可保證非常高的可靠性；而在線路誤碼率一定的情況下，小的分組還可減少重新傳輸出錯分組的開銷；與電路交換相比，分組交換帶給用戶的優點則是費用低。根據通信子網的不同內部機製，分組交換子網又可分為麵向連接(Connect-Oriented)和無連接(Connectless)兩類。前者要求建立稱為虛電路(Virtual Circuit)的連接，一對主機之間一旦建立虛電路，分組即可按虛電路號傳輸，而不必給出每個分組的顯式目標站點地址，在傳輸過程中也無須為之單獨尋址，虛電路在關閉連接時撤銷。後者不建立連接，數據報(Datagram，即分組)帶有目標站點地址，在傳輸過程中需要為之單獨尋址。
　　分fen組zu交jiao換huan的de靈ling活huo性xing高gao，可ke以yi根gen據ju需xu要yao實shi現xian麵mian向xiang連lian接jie或huo無wu連lian接jie的de通tong信xin，並bing能neng充chong分fen利li用yong通tong信xin線xian路lu，因yin此ci現xian有you的de公gong共gong數shu據ju交jiao換huan網wang都dou采cai用yong分fen組zu交jiao換huan技ji術shu。LAN局(ju)域(yu)網(wang)也(ye)采(cai)用(yong)分(fen)組(zu)交(jiao)換(huan)技(ji)術(shu)，但(dan)在(zai)局(ju)域(yu)網(wang)中(zhong)，從(cong)源(yuan)站(zhan)到(dao)目(mu)的(de)站(zhan)隻(zhi)有(you)一(yi)條(tiao)單(dan)一(yi)的(de)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu)，因(yin)此(ci)，不(bu)需(xu)要(yao)公(gong)用(yong)數(shu)據(ju)網(wang)中(zhong)的(de)路(lu)由(you)選(xuan)擇(ze)和(he)交(jiao)換(huan)功(gong)能(neng)。

四、高速分組交換技術(High Speed Packet Switching Technology)
　　youyuwangluodeyingyongyuelaiyueguangfan，renmenduitongxinxianludaikuandexuqiuyuelaiyuegao，xianyoudejiaohuanjishu，yijingbunengmanzuriyizengchangdewangluoyingyongdeyaoqiu，rujiaohushidehuihuaduishishixingyaoqiuhengao，yanchiyaohenxiao；高清晰度電視圖像及多媒體實時數據的傳送都要求高速寬帶的通信網。
1.幀中繼
　　幀中繼(Frame Relay)是目前開始流行的一種高速分組技術。典型的幀中繼通信係統以幀中繼交換機作為結點組成高速幀中繼網，再將各個計算機網絡通過路由器與幀中繼網絡中的某一結點相連；與一般分組交換在每個結點均要對組成分組的各個數據幀進行檢錯等處理不同的是：幀中繼交換結點在接收到一個幀時就轉發該幀，並大大減少(並不完全取消)接收該(gai)幀(zhen)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)檢(jian)錯(cuo)步(bu)驟(zhou)，從(cong)而(er)將(jiang)結(jie)點(dian)對(dui)幀(zhen)的(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)縮(suo)短(duan)一(yi)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)，因(yin)此(ci)稱(cheng)為(wei)高(gao)速(su)分(fen)組(zu)交(jiao)換(huan)。當(dang)某(mou)結(jie)點(dian)發(fa)現(xian)錯(cuo)誤(wu)則(ze)立(li)即(ji)中(zhong)止(zhi)該(gai)幀(zhen)的(de)傳(chuan)輸(shu)，並(bing)由(you)源(yuan)站(zhan)申(shen)請(qing)重(zhong)發(fa)該(gai)幀(zhen)。顯(xian)然(ran)，隻(zhi)有(you)當(dang)幀(zhen)中(zhong)繼(ji)網(wang)絡(luo)中(zhong)的(de)錯(cuo)誤(wu)率(lv)非(fei)常(chang)低(di)時(shi)，幀(zhen)中(zhong)繼(ji)技(ji)術(shu)才(cai)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)。
幀中繼的幀長是可變的，可按需要分配帶寬，幀中繼網絡的傳輸速率可達64Kbps~45Mbps，適用於局域網、城域網和廣域網。
2.ATM異步傳輸模式
　　最有發展前途的高速分組交換技術是ATM異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode)，它是建立在電路交換與分組交換基礎上的一種新的交換技術，並由基於光纖網絡的B-ISDN寬帶綜合業務數字網所采用：用戶主機所在網絡通過ATM交換結點再與光纖數字網絡相連。
ATM異步傳輸模式的主要特點如下：
　　1). 模式中的分組稱為信元(Cell)，其長度是固定的，由5個字節首部和48個字節的信息字組成，因此在各結點可采用硬件對信元進行處理，而縮短信元處理時間
　　2). 交換設備可按網絡最大速度設置，而不同類型的服務可複用在一起，各通信信道對應信元根據業務量的大小按先到先服務的原則占用各分時段，速率高的信源占用較多時段，因而可支持各種業務的不同速率
　　3). 保留電路交換以滿足傳輸從語音到高清晰度電視圖像等各種實時性很強的業務需要
利用光纖通信誤碼率低的優點將差錯控製由數據鏈路層改到高層，而提高信元在網絡中的傳輸速率。