2.3　数据通信传输类型

学习任务

（1）掌握基带传输和频带传输的概念。

（2）掌握数据通信方式的特点。

（3）理解并行通信和串行通信的工作过程。

（4）理解同步传输方式和异步传输方式的工作过程。

2.3.1　基带传输和频带传输

知识点

（1）基带传输。

（2）频带传输。

（1）基带传输

基带是指未经处理的原始信号所占的频率范围（固有的）。这种原始信号称为基带信号，这种不经过调制和编码的数字脉冲信号直接在信道上传输的方式称为基带传输，又称为数字传输。以太网就是典型的基带传输。

基带传输的优点是信道简单、成本低；缺点是基带传输占据信道的全部带宽，任何时候只能传输一路基带信号，信道利用率低。

（2）频带传输

频带传输又称模拟传输，利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输。数据通信时，首先将数字信号调制成模拟信号后再进行发送和传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制解调器。利用调制解调器（Modem）通过电话模拟信道传输数据就是频带传输的典型例子。

频带传输的优点是可以利于现有的模拟信道完成通信，价格便宜、容易实现；缺点是速率较低，误码率较高。

目前，模拟通信和数字通信在通信业务中得到了广泛的应用。但是，近几年来，数字通信发展非常迅猛，成为通信系统的主流。与模拟通信比较，数字通信的主要优点有以下几点：

1）抗干扰能力强；

2）便于加密，有利于保密通信；

3）易于实现集成化，使通信设备体积小，功耗低；

4）数字信号便于存储、处理和交换等。

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对比分析基带传输和频带传输的不同。

2.3.2　数据通信方式

（1）单工通信。

（2）半双工通信。

（3）全双工通信。

（1）单工通信

单工通信又称单向通信，信息传送只能在一个固定的方向上进行，任何时候都不能改变方向，即发送端只能发送信息不能接收信息，接收端只能接收信息而不能发送信息，任何时候都不能改变信号传送的方向，如图2-4所示。例如，无线电广播和有线电视都属于单工通信。

（2）半双工通信

半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。由于半双工通信在通信中要频繁地切换信道的方向，所以通信效率较低，但节省了传输信道，如图2-5所示。例如，无线对讲机和步话机之间的会话式通信都属于半双工通信。

（3）全双工通信

全双工通信又称双向同时通信。信号可以同时进行双向发送，即双方可以同时发送信息与接收信息，如图2-6所示。这种传输方式可以提高总数据流量。例如，计算机与计算机之间的通信就是全双工通信。

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请举例说明单工通信、半双工通信和全双工通信。

2.3.3　并行通信与串行通信

知识点

（1）并行通信。

（2）串行通信。

数据通信的基本方式可以分为并行通信和串行通信。

（1）并行通信

并行传输是指利用多条数据传输线将一个数据的多个位同时传送。特点是传输速度快，但是通信线路复杂、成本高，适用于短距离和高速率通信。如图2-7所示，并行通信一次传输8个比特，所以传输信道需要8根数据线。

（2）串行通信

串行通信是指数据在信道上一位一位地逐个传输。特点是传输速度较慢，但通信线路简单、成本低，适合远距离通信，如图2-8所示。计算机内部采用并行通信方式；计算机与计算机之间进行远距离通信时，采用串行通信方式。因此，在发送数据前，需要通过“并/串转换”，到接收端后再通过“串/并转换”，还原成原数据格式。

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请对比分析串行通信和并行通信的特点。

2.3.4　同步传输方式与异步传输方式

知识点

（1）同步传输。

（2）异步传输。

在串行通信中，同步问题是一个十分关键的问题，是实现正确信息交换的基础条件。发送端一位一位地把信息通过介质发送到接收端，接收端必须识别信息的开始和结束，而且必须知道每一位的持续时间，只有这样，接收端才能从传输线路上正确接收被传送的数据。同步就是指接收端能够按照发送端发送的每个码元的起止时间及频率来接收数据，并校对自己的时钟，以便发送端和接收端取得一致，实现同步接收。解决同步问题的方法有同步传输方式和异步传输方式两种。

（1）同步传输方式

同步传输就是接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率及起止时间来接收数据。同步传输不是对每个字符单独进行同步，而是对一个较长的数据块进行同步。同步的方法不是加一位起始/停止位，而是在数据块前，加特殊的字符进行标识或联络，这串字符称为同步字符；在数据块前，加特殊的位组合进行标识或联络，这串位组合称为位同步。在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符（如SYN，代码01101000，称为字符同步）或一个同步位组合（如01111110，称为位同步），用于接收端进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。同步之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或位组合来结束整个发送过程，如图2-9所示。

用于同步传输的控制规程有面向字符规程和面向比特规程。面向字符型同步控制规程，以字符作为信息单位，字符是EBCD码或ASCII码。在这种控制规程下，发送端和接收端采用交互式进行通信，现代计算机网络通信中，已经很少使用了。面向比特的同步控制规程，以二进制位作为信息传输单位。现代计算机网络通信大多采用这种。HDLC（高级数据链路控制）就属于典型的面向比特同步规程，如图2-9所示的位串为01111110作为同步字节。

注意：需要通过位填充或字符填充，确保数据块中的数据不会与同步字符或同步字节混淆，如面向比特的同步控制对策，通常采用的是零比特填充法。

（2）异步传输方式

异步传输是最早使用，也是最简单的一种方法，但是每个字符有2～3位的额外开销，这就降低了传输效率。用这种方法，发送端将每个字节作为一个独立传输，字节与字节之间的传输间隔任意。每次传送一个字符，在传送字符前，设置一个起始位，以示字符信息的开始，接着是字符代码，字符代码后面有一位校验位，最后设置1～2位的终止位，表示传送的字符结束，如图2-10所示。这样，每一个字符都由起始位开始，到终止位结束，所以也叫作“起止式同步”。

异步传输方式的优点是实现起来简单容易，每个字符都为自己的位同步提供了时间基准（收、发双方时钟信号不需要精确同步），对线路和收发器要求较低；缺点是增加起始信号、终止信号，效率低，适用于低速数据传输，线路利用率低。

同步传输比异步传输有更多的优点：开销小，传输效率高；当所传输的数据块中出现与同步字符或同步标志位相同比特序列时，需提供解决方案；适用于高速传输。尽管同步传输方式有很多优点，但由于软硬件费用过高，故更多用户采用异步传输方式。

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请对比分析同步传输方式和异步传输方式的特点。