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第4章 细说通信(2)

数据是按照一定顺序传送的,如果顺序错了,“字”的含义就变了。因此,当发送端把数据通过信道传送到接收端时,一定要按规格并保证顺序不变的原则。所谓规格就是一个字占多少位,所谓顺序就是位(比特)的排列。

通常有两种方式传递数据:一种称为“并行传输”;另一种称为“串行传输”。

数据传送如同一个方阵,例如每行有8人(列),每列有若干人(行),然后队伍才能行进。并行传输就好像一行人“齐步走”,一起到达终点,此时第二行才能再次齐头并进……确切地讲,并行传输就是把每一个字符所包含的几个“位”(如8位)同时从发送端传送出去。隔一段时间之后,再按同样的方法传送下一个字符。

而串行传输只是将第一行的8人按顺序一个一个地行进,到终点之后,再按其原有的顺序恢复原样编排,此时第二行才能再次出发并按顺序一个一个地前进……确切地讲,串行传输就是在发送端把每一个字符所包含的几个“位”(如8位)按顺序一个一个地传送出去,隔一段时间之后,再按同样的方法传送下一个字符。

二、单双行线——单工、半双工和全双工

可以用火车和车队的行驶比喻数据的流动,火车要有车头、车厢和车尾,数据(例如报文)也要有报头、数据信息和报尾。火车要在铁路上行驶,数据也要在信道中流动。铁路有双线和单线,公路也有双行线和单行线,通信信道也是这样。

单工通信是指传送的数据始终是一个方向,而不能进行与此相反方向的传送,好像单行线一样。

半双工通信是指传送的数据可以在两个方向传送,但不是同时。就像单线铁路一样,某时允许A站发出列车到B站,另一时刻允许B站发出列车到A站,火车往返运行要由调度控制。

双工通信是指传送的数据可以同时在两个方向传送,好像双线铁路一样,其中一线路只允许A站发出列车到B站,另一线路只允许B站发出列车到A站,两站可同时或不同时发送列车。又或者让两路数据通过调制的方法,在共同的信道中传输而不冲突,就像宽马路中间划一条黄线,只要司机开车不越黄线逆行,就不会发生碰撞。

三、交通指挥——同步和转接

红绿灯是用来指挥十字路口的交通的,或者由交通警察指挥,它是汽车流量和流向控制的重要环节。数据信息的流动也同样需要有个交通指挥,来指挥一组一组的数据。指挥时要注意两个问题:一是“同步”,即每一组数据都要有它明显的头、尾标志,以便每到一个“节点”(分叉口)转向一条新路时,该组数据能完整转向,也就是说,节点能准确截断数据流,防止出现一组数据中间被截断;二是“转接”,即数据流的流向控制,要能准确地按地址转接到规定的路径。

数据同步主要把每组数据首尾区分开来,它要求一组数据的前和后要有明显的标记,也就是说发送端要给接收端(或中转站)以明显的同步标记。正如在公路上看到的迎宾车队,前面有能发出闪光和警报信号的开道车(表示起始),最后一辆车则打着双转向黄色闪光灯(表示结束),这样,交警的指挥就不会出现车队被中间截断的事故。

数据的传送中,从发送端传递到接收端时,中间要通过很多转接的节点,该节点有时称为“交换中心”。节点就好像车队到了交叉路口,由红绿灯或交警决定车辆何时行驶及行驶方向。我们知道,为确保每个车队能顺利到达终点有两种方法:一是事先联系并通知各交叉路口,建立好一条专用通道,然后快速通过完整的一组车队,最后解除该专用通道,此间其他各路车队都不得驶入这条通道,正如前面介绍的迎宾车队,这类似于“电路转接方式”;二是司机根据地址行驶,每到一个交叉路口,用转向灯告知交警将要转向的路径,这类似于“存储转接方式”。

(第四节)查缺补漏

就像汽车在公路上行驶一样,数据在信道中“行驶”,免不了要受到一些干扰与减损,致使接收端错误接收。对待这样的问题该怎么办?通常采用两种办法:

第一种办法,选择好的通信信道,改善通信线路的电气性能。我们知道,路面情况越好,运输过程中造成货物破损的程度和机会就越小。显然,要想降低传输中的误码率,应尽量选择通频带宽、衰耗和干扰影响小的信道。

第二种办法,在通信线路上,每经过一个环节,如发送端到交换中心(节点)、节点到节点……设法步步检查错误,随时发现,随时采取措施,对错误进行控制,不要等到错误到达终点再从头返回进行纠正。就好像在运货过程中需随时清点货物一样。

为能够在各节点容易发现错误并自动纠正,较为有效的办法就是对传输的衰减进行抗干扰编码。即在传送的衰减码元之后再按一定规则增加一些“多余”的码元,这多余的码元称为“冗余码”。发送时,数据码元和冗余码一起发出,接收端按数据码元和冗余码元之间的关系(规则)查找数据是否出现错误或者能部分地纠正错误。如果出现错误,就要采取一定的措施。显然,冗余一词对数据来讲具有多余的含义,但对检错来讲可是按“法”检测的依据,相当于运货时要附带运货清单,以便检查、核对之用。

(一)一眼便知对错——奇偶校验

奇偶校验是一种检测码,是最简单而常用的。奇偶校验是以字符为单位的一种校验方法。一个字符由8位组成,其中低七位是数据信息码,高一位是冗余校验位。设信息字符为“1010110”,它有四个“1”。在确定冗余码时,可采用两种办法:一是补入一位代码后,使其“1”的总个数为奇数,称为“奇校验”;二是补入一位代码后,使其“1”的总个数为偶数,称为“偶校验”。

这种检测方法的不足之处是只能检出“1”或“0”有奇数个错误,不能发现偶数个错误。如两个“1”变成“0”、两个“0”变成“1”或一个“1”变成“0”加上一个“0”变成“1”,这就鉴别不出来。但这类方法所用冗余码数较少,此为优点。

(二)加减乘除得到的循环冗余校验

有一种比较复杂的方法叫循环冗余校验码(CRC)。它事先要确定一个生成多项式,如g(X)=X16+X12+X5+1,用它去除m位的信息多项式m(X),所得到的结果就是循环冗余校验码并放在信息位的后面一起发送。接收时,先将传送来的码用相同的生成多项式g(X)去除,若能除尽,则传输无误;否则出错。循环冗余校验码由于具有良好的代数结构,计算机中易于实现,编码器简单,检错能力强,故在微机通信中广泛使用。

(第五节)通信系统常用术语

对一个通信系统来说,不论采用哪一种通信方式,它都必须具备三个基本要素:信息源,信息目的和信息传输介质,如图所示。

通信系统基本要素

一、模拟通信系统/数字通信系统

如果通信介质上“运载”的是模拟数据,则这种通信系统统称为模拟通信系统;如果通信介质上传输的是数字化的数据,则这种通信系统称为数字通信系统。对于计算机通信来讲,计算机发出的数据是离散化的数字数据,因此,计算机之间的通信系统有如图所示的两种形式。

二、信道/传输介质

顾名思义,信道即信号传输的通道,它与传输介质是有区别的;传输介质指用于连接两个或多个网络节点的物理传输线路,如电话线、同轴电缆等。通信信道是建立在传输介质之上的,一条信道传输一路信号。

计算机通信系统

由于信号在传输时可以采用多路复用技术,因此,一条物理传输介质上可以建立多条信道。

三、调制解调器

在通过模拟信道传输时的数字数据,在信号源与传输介质之间需要一种信号转换设备,将信号源发出的数字信号转换成信道可以接收的模拟信号,这个转换过程称为调制,完成调制功能的设备称为调制器。

在传输介质与目的地之间也需要信号转换设备,将模拟信号转换成接收者能够识别的数字信号,从模拟→数字的转换过程称为解调,完成解调功能的设备称为解调器。一般调制器和解调器是共存于一个设备中的,称为调制解调器(Modem)。调制解调器是数据通信系统中最常用的通信设备之一。

四、数据传输速率