1.3 数据通信网

数据通信网是用于计算机或数据终端（传真、电报等）之间进行通信的网络。通常，它的覆盖范围较广，如一个城市或者全省、全国，乃至全球。常见的数据通信网有X.25网、帧中继网、卫星数据通信网等。

1.3.1 基本概念

数据通信是按一定规约或协议传输数据信息的通信方式。数据是指数字、字母和符号等，传输时必须转换成“0”或“1”二进制代码。规约是为了有效和可靠地进行通信而制定的一组规则，如数据格式、同步方式和收发双方应答约定等。数据通信的主要特点如下。

① 以计算机为中心，通常是人或终端设备与计算机的通信，或计算机与计算机的通信。

② 传输的数据信息通常由计算机加工处理。

③ 要求有严格的通信规约，对信息传输的准确性和可靠性要求高。

④ 通信速度较高，可以同时处理大量数据。在民用上，用于科学技术研究、电信业务；在军事上，用于作战指挥、地面防空、战略预警、航天测控等。

1.3.2 数据通信网特征

数据通信可以是点对点地进行，但多数情况是通过数据通信网实施。数据通信网通常由分布在各地的计算机或数据终端、数据传输设备、数据交换设备等通过数据传输线路互相连接而成。对于采用集中管理控制的网络还设有网络管理控制中心。

1.分组交换方式

数据通信网可采用电路交换、报文交换和分组交换3种方式。报文交换是电报通信的交换方式，它早于分组交换产生。同分组交换一样，报文交换也采用存储转发技术，不过由于中继节点要在完整收下一个报文后，才向下一节点转发，所以它的效率低于分组交换，目前已很少采用。分组交换是将用户数据和控制信息按一定格式编成分组，在交换机上以分组为单位进行接收、存储、处理和转发。对于一份较长的电文，可分为若干个有序的分组，在网内不一定按顺序传送，但接收端则按顺序加以组合，恢复成原电文。当前，数据通信网主要采用分组交换技术。在分组交换网络中，通常以“数据报”和“虚电路”两种方式提供网络服务。

2.分组交换技术特征

① 灵活性强。相对于电路交换，分组交换向用户提供了不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制规程的数据终端之间能够相互通信的灵活的通信环境。

② 时延小。相对于报文交换，由于分组相对报文短，因此，分组交换中信息的传输（包括缓冲、处理等）时延较小，而且变化范围不大，能够较好地满足会话型通信的实时性要求。

③ 利用率高。实现线路的动态统计时分复用，通信线路（包括中继线和用户线）的利用率很高。在一条物理线路上可以同时提供多条信息通路。

④ 可靠性高。每个分组在网络中传输时可以在中继线和用户线上分段独立地进行差错校验，使信息在分组交换网中传输的比特误码率大大降低，一般可达10−10以下。在数据报方式中，由于分组在分组交换网中传输的路由是可变的，当网中的线路或设备发生故障时，分组可自动地选择一条新的路由避开故障点，使通信不会中断。

⑤ 经济性好。信息以分组为单位在交换机中存储和处理，不要求交换机具有很大的存储容量，降低了网内设备的费用。对线路的动态统计时分复用也大大降低了用户的通信费用。分组交换网通过网络控制和管理中心（NCC）对网内设备实行比较集中的控制和维护管理，节省维护管理费用。

⑥ 传输效率较低。由于网络附加的传输信息较多，对长报文通信的传输效率比较低。把一份报文划分成许多分组在交换网内传输，为了保证这些分组能够按照正确的路径安全准确地到达终点，要给每个数据分组加上控制信息（分组头），除此之外还要设计许多不包含数据信息的控制分组，用它们来实现数据通路的建立、保持和拆除，并进行差错控制以及数据流量控制等。可见，在交换网内除了有用户数据传输外，还有许多辅助信息在网内流动，对于较长的报文来说，分组交换的传输效率比电路交换和报文交换的传输效率低。

⑦ 技术实现复杂。分组交换机要对各种类型的分组进行分析处理，为分组在网中的传输提供路由，并且在必要时自动进行路由调整，为用户提供速率、代码和规程的变换，为网络的维护管理提供必要的报告信息等，要求交换机要有较高的处理能力。

3.数据报

数据报方式是将每一个分组当作一份独立的报文一样看待，每一个分组都包含终点地址的信息，分组交换机为每一个分组独立地寻找路径，因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点，在网络的终点需要重新排序。

数据报方式的特点如下。

① 用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对于短报文通信传输效率比较高。

② 数据分组传输时延较大，而且离散度大。

③ 对网络故障的适应能力较强。

4.虚电路

虚电路是在两个用户终端通信之前预先通过网络建立的逻辑通路，它是主叫用户通过与网络联系并与被叫端协商而建立的。虚电路提供的是一条双向的无差错的有序的逻辑通路。

在虚电路方式中，一次通信要经历建立虚电路、数据传输和拆除虚电路3个阶段。一旦建立了虚电路，该虚电路不管有无数据传输都要保持到虚电路被拆除或因故障而中断。对于因故障而中断的数据传输，需要重新建立虚电路，以继续未完成的数据传输。但虚电路无法处理网络发生的拥塞情况。

由于虚电路的概念是以分组对物理线路统计时分复用为基础的，一个终端可在一条物理电路上与多个终端同时进行通信，因此，与电路交换相比，虚电路可有效利用线路资源。

虚电路方式的特点如下。

① 一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除3个阶段。分组中不需要包含终点地址，对于数据量较大的通信传输效率高。

② 分组按已建立的路径顺序通过网络，分组的顺序容易保证，分组传输时延比数据报小，而且不容易产生数据分组的丢失。

1.3.3 数据通信系统的组成

数据通信系统由数据终端设备、数据传输设备和数据交换设备等组成，如图1-9所示。

数据终端设备用于发送和接收数据信号，可以是键盘、打字机等输入、输出设备，也可以是计算机、智能仪表或其他专用设备。传输设备包括调制解调器、传输线路和复用器、集中器等。调制解调器是用来在数据终端和模拟信道之间将数据信息变换成适合信道传输的设备。数据终端与调制解调器的连接，国际上已经实现了标准化。传输线路可以是无线电、有线电线路或光缆等。