Communication 版 (精华区)
发信人: dormouse (恐明 V 祁山口), 信区: Communication
标 题: 《数字电视与有线电视综合网》-7
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月29日08:42:38 星期五), 站内信件
第七章 数据通信与分组交换
1 数据通信概述
1.1数据通信的定义和特点
在电信领域中，信息一般可分为话音、数据和图像三大类型。数据是具有某种
含义的数字 信号的组合，如字母、数字和符号等。这些字母、数字和符号在传输
时，可以用离散的数 字信号逐一准确地表达出来，例如可以用不同极性的电压、
电流或脉冲来代表。将这样的数 据信号加到数据传输信道上进行传输，到达接收
地点后再正确地恢复出原始发送的数据信息 。
我们知道计算机的输入输出都是数据信号，而数据通信就是以传输数据为业务
的一种通信方式，因此是计算机和通信相结合的产物；是计算机与计算机，计算机
与终端以及终端与终端 之 间的通信；是按照某种协议连接信息处理装置和数据传
输装置，进行数据的传输及处理。计算机与通信相结合，克服了时间和空间上的限
制，使人们可以利用终端在远距离共同使用计 算机，提高了计算机的利用率，使
计算机的应用范围扩大到各个社会生活领域，从而使信息化社会进一步向前推进。
数据通信和电报、电话通信相比，数据通信有如下特点：
(1)数据通信是人—机或机—机通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要
特征；
(2)数据传输的准确性和可靠性要求高；
(3)传输速率高，要求接续和传输响应时间快；
(4)通信持续时间差异大。
数据通信的发展与原有通信网资源有着密切的关系。在发展初期，主要利用专
线构成多种专用系统。这一阶段发展速度很快，致使租用线路紧张，不能满足使用
要求，因此就开始考虑利用电报、电话网进行数据通信。60年代初，美国首先对电
话网进行调查、测试和研究，在电话网上开放了数据业务，到60年代中期，西欧、
日本等技术先进的国家也先后在 电话网上开放了数据业务。以后，随着数据业务
的增长和通信技术的发展，到70年代，一些国家才逐步建立公用数据网。
1.2 数据通信系统的构成
研究数据通信系统包括两方面内容，一方面研究信道的组成、连接、控制及其
使用； 另一方面研究信号如何在信道上传输和控制。
任何一个数据通信系统都是由终端、数据电路和计算机系统三种类型的设备组
成的。图7－1 是数据通信系统的基本构成。由图可看出，远端的数据终端设备
(DTE)通过数据电路与计算机系统相连。数据电路由传输信道和数据电路终接设备
(DCE)组成。如果传输信道是模拟信 道，DCE的作用就是把DTE送来的数据信号变换
为模拟信号再送往信道，或者反过来，把信道送来的模拟信号变换成数据信号再送
到DTE。如果信道是 数字的DCE的作用就是实现信号码 型与电平的转换、信道特性
的均衡，收发时钟的形成与供给以及线路接续控制等等。
传输信道从不同角度有不同的分类方法，如有模拟信道与数字信道之分，有
专用线路和交换网线路之分，有有线信道和无线信道之分，有频分信道和时分信道
之分等等。
数据通信和传统的电话通信的重要区别之一是，电话通信必须有人直接参加，
摘机拨号，接通线路，双方都确认后才开始通话。在通话过程中有听不清楚的地方
还可要求对方再讲一遍 ，等等。在数据通信中也必须解决类似的问题，才能进行
有效的通信。但由于数据通信没有人直接参加，就必须对传输过程按一定的规程进
行控制，以便使双方能协调可靠地工作，包括通信线路的连接，收发双方的同步，
工作方式的选择，传输差错的检测与校正，数据流的 控制，数据交换过程中可能
出现的异常情况的检测和恢复，这些都是按双方事先约定的传输控制 规程来完成
的，具体由图7－1中的传输控制器和通信控制器来完成。从图7－1中还可看到，
数据电路加上传输控制规程就是数据链路。实际上，通信双方要真正有效地进行数
据传输， 必须在建立数据链路之后。正是由于数据链路要遵循严格的传输控制规
程，使得它所提供的 数据传输质量要比数据电路所提供的数据传输质量好得多。
例如，后者的平均误码率为，而前者为。
1.3 数据通信的工作方式
根据数据电路的传输能力，数据通信可以有单工、半双工和全双工三种通信方式。
(1)单工：两地间只能在一个指定的方向上进行传输，一个数据站固定作为数
据源，而另一个固定作为数据宿。在二线连接时可能出现这种工作方式。
(2)半双工：两地间可以在两个方向上进行传输，但两个方向的传输不能同时
进行，利用二 线电路在两个方向上交替传输数据信息。由A到B方向一旦传输结束
，为使信息从B传送到A， 线路必须倒换方向。这种换向动作是由调制解调器完成
的。
(3)全双工：两地间可以在两个方向上同时进行传输。在四线连接中均采用这
种工作方式。 在二线连接中，采用某些技术(如回波消除，频带分割)也可以进行
双工传输。
1.4 数据传输方式
(1)并行传输与串行传输
并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。常用的
就是将构成一 个字符代码的几位二进制码，分别在几个并行信道上进行传输。例
如，采用8单位代码的字 符 ，可以用8个信道并行传输。一次传送一个字符，因此
收、发双方不存在字符的同步问题， 不需要另加“起”、“止”信号或其他同步
信号来实现收、发双方的字符同步，这是并行传 输的一个主要优点。但是，并行
传输必须有并行信道，这往往带来了设备上或实施条件上的 限制，因此，实际应
用受限。
串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。一个字符的8个二进
制代码，由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码，这样串接起来
形成串行数据流传输。 串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采
用的一种传输方式。但是串行传输存 在一个收、发双方如何保持码组或字符同步
的问题，这个问题不解决，接收方就不能从接收到的数据流中正确地区分出一个个
字符来，因而传输将失去意义。如何解决码组或字符的同步问题，目前有两种不同
的解决办法，即异步传输方式和同步传输方式。
(2)异步传输与同步传输
异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少位，在发送每
一字符代码时 ，前面均加上一个“起”信号，其长度规定为1个码元，极性为“0
”，即空号的极性；字符 代码后面均加上一个“止”信号，其长度为1或2个码元
，极性皆为“1”，即与信号极性相 同，加上起、止信号的作用就是为了能区分串
行传输的“字符”，也就是实现串行传输收、 发双方码组或字符的同步。这种传
输方式的特点是同步实现简单，收发双方的时钟信号不需 要 严格同步。缺点是对
每一字符都需加入“起、止”码元，使传输效率降低，故适用于1200bi t／s以下
的低速数据传输。
同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行的数据流中
，各信号码 元之间的相对位置都是固定的(即同步的)。接收端为了从收到的数据
流中正确地区分出一个 个信号码元，首先必须建立准确的时钟信号。数据的发送
一般以组(或称帧)为单位，一组数 据包含多个字符收发之间的码组或帧同步，是
通过传输特定的传输控制字符或同步序列来完成的，传输效率较高。
1.5 数据信号的基本形式
前面已介绍过数据信号是在时间上和幅度上都取有限离散数值的电信号即数字
信号。最简单的数字信号是二元码或称二进制码，这种码的幅度只取两种不同的瞬
时值。这种二进制码也分 为单极性、双极性和归零、不归零四种不同的基本形式
。
从信号幅度取值的极性来区分有单极性和双极性码之分。如果信号的幅度取为
+1和0就称为 单极性二元码，这种码包含一定的直流分量。如果二元码幅度可以对
称地取为+1和－1(这里 的1应理解为一个单位电压或电流)，就称为双极性二元码
，+1和－1的取值均匀分布的双极 性信号不包含直流分量。从信号电压是否占满整
个符号持续期，还可以把二元码分为归零的 和不归零的两类。归零的二元码是指
信号电压只存在于局部的符号持续时间，其余时间内没 有信号电压(即归零了)，
类似的，不归零的二元码则指信号电压填满了整个符号持续时间。 单极、双极以
及归零、不归零四种特征的不同组合，就形成四种二元码基本形式，如图7－2 所
示。
在二进制数字通信系统中，每个码元或每个符号只能是“1”和“0”两个状态
之一。若将每 个码元可能取的状态增加到4、8、16…等等，就需用4、8、16…进
制等信号。例如四状态用 3、2、1和0四种电平表示的四电平四进制信号，如图7－
3(b)所示。这里一个四进制符号代 表两位二进制码组，其编码规则和二－四进制
对应关系如表7－1所示。八状态用八电平表示 如图7－3(c)所示。
表7－1 二－四进制对应
二进制码组 四进制电平
00 0
01 1
10 2
11 3
表7－2 二－八进制对应
二进制码组 八进制电平
000 0
001 1
010 2
011 3
100 4
101 5
110 6
111 7
表7－1 二－四进制对应 四进制电平四进制电平 图7－3 二进制与多进制波形示意
图 这里一个八进制符号代表三位二进制码组，其编码组，其编码规则如表7－2所
示。四进制级 差为E／3，八进制级差为E／7。显然，进制越高，级差越小，抗干
扰能力越差。但是进制越高，每个符号所代表的信息量愈大。在信息论中对符号所
载荷的信息量有严格定义。在二进 制数字传输中，若数字序列里1和0的概率各占
1／2，并且前后码元是相互独立的 ，序列中每个二进制码元所载荷的信息量就是
1比特 ，而多进制每个符号所含的信息量将要 增加，对于四电平的符号包含的信
息量，八电平的符号包含的信息量。从图7－3中可以看出四电平的四种状态，可分
别代表两个二进制组成的四 种 状态，即00，01，10和11。因此一个四进制符号包
含2比特信息量。同样一个八进制符号代 表三个二进制符号，因此包含3比特信息
量。
1.6 数据通信系统主要质量指标 数据通信的指标是围绕传输的有效性和可靠性来
制定的。这些主要质量指标为：
1.6.1 工作速率
①符号速率又叫信号速率，记为N。它表示单位时间内(每秒)信道上实际传输
的符号个数或 脉冲个数(可以是多进制)。符号速率的单位是波特，即每秒的符号
个数。
②信息传输速率，简称传信率，通常记为R。它表示单位时间内系统传输(或信
源发出)的信 息量，即二进制码元数。在二进制通信系统中，信息传输速率R(比特
／秒)等于信号速率。 对于多进制两者不相等。例如四进制中符号速率为2400波特
，其信息速率为4800bit／s；而八进制的信息速率为7200bit／s等等。它们的关系
为 式中m为符号的进制数
1.6.2 频带利用率
在比较不同通信系统的效率时，单看它们的信息传输速率是不够的，或者说
，即使两个系统 的信息速率相同，它们的效率也可能不同，所以还要看传输这样
的信息所占的频带。通信系 统占用的频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。在通
常情况下，可以认为二者成比例，用单位频带内的符号速率描述系统的传输效率，
即每赫的波特数： η=符号速率
1.6.3 可靠性
可靠性可用差错率来表示。常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率、平
均误码组率等 。
误码(码组，字符)=接收出现差错的比特(字符、码组)数差错率是一个统计平
均值，因此在测试或统计时，总的发送比特(字符、码组)数应达到一定的数量，否
则得出的结果将失去意义。
2 数据链路传输控制规程
2.1 数据链路
数据链路是数据电路加上传输控制规程，它由通信线路，调制解调器，终端及通信
控制器之间的接口构成。国际标准化组织(ISO)定义数据链路为：按照信息特定方
式进行操作的两 个或两个以上终端装置与互连线路的一种组合体。所谓特定方式
是指信息速率与编码均相同 。一个数据通信系统包括一个或多个数据链路。
数据链路的结构分为点对点与点对多点两种，如图7－4所示。
数据链路传输数据信息有三种不同的操作方式：
(1)单向型。信息只能按一个方向传送。
(2)双向交替型。信息先从一个方向，后从相反方向传送。
(3)双方同时型。信息可在两个方向上同时传送。
图7－4 数据链路结构 数据链路中的DTE可能是不同类型的终端或计算机，从链
路逻辑功能的角度，把这些不同类 型不同功能的DTE统称为站。在点对点链路中如
图7－5(a)，发送信息或命令的站称为主站， 接收信息或命令而发出认可信息或响
应的站称为从站。同时能发送信息、命令、认可和响应 的站称为组合站，如图7－
5中(b)。在点对多点链路中，负责组织链路上数据流，并处理 链路上所出现的不
可恢复的差错的站称为控制站，而其余各站称为辅助站，如图7－5中(c) 控制站执
行轮询、选择等管理功能，轮询是控制站有次序地询问各个辅助站接收信息的过程
，如图7－5(d)所示
2.2 数据链路控制规程
数据通信的双方为有效地交换数据信息，必须建立一些规约，以控制和监督
信息在通信线路 上的传输和系统间信息交换，这些规则称为通信协议。数据链路
的通信操作规则称为数链 路控制规程，它的目的是在已经形成的物理电路上，建
立起相对无差错的逻辑链路以便在DT E与网路之间，DTE与DTE之间有效可靠地传送
数据信息。为此，数据链路控制规程，应具备下面功能：
(1)帧同步。将信息报文分为码组，采用特殊的码型作为码组的开头与结尾标
志，并在码组 中加入地址及必要的控制信息，这样构成的码组称为帧。帧同步的
目的是确定帧的起始与结尾，以保持收发两端帧同步。
(2)差错控制。由于物理电路上存在着各种干扰和噪声，数据信息在传输过程
中会产生差错 。采用水平和垂直冗余校验，或循环冗余校验进行差错检测，对正
确接收的帧进行认可，对接收有差错的帧要求对方重发。
(3)顺序控制。为了防止帧的重收和漏收，必须给每个帧编号，接收时按编号
认可以识别差错控制系统要求重发的帧。
(4)透明性 。在所传输的信息中，若出现了每个帧的开头、结尾标志字符和控
制字符的序列 ，要插入指定的比特或字符，以区别以上各种标志和控制字符 ，这
样来保障信息的透明传 输，即信息不受限制。
(5)线路控制。在半双工或多点线路场合，确定哪个站是发送站，哪个站是接
收站，建立和释放链路的逻辑连接，显示站的工作状态。
(6)流量控制。为了避免链路的阻塞，应能调节数据链路上的信息流量，决定
暂停、停止或继续接收信息。
(7)超时处理。如果信息流量突然停止，超过规定时间，决定应该继续作些什
么。
(8)特殊情况。当没有任何数据信号发送时，确定发送器发送什么信息。
(9)启动控制。在一个处于空闲状态的通信系统中，解决如何启动传输的问题
。
(10)异常状态的恢复。当链路发生异常情况时(如收到含义不清的序列，数据
码组不完整或 超时收不到响应等)，自动地重新启动恢复到正常工作状态。
链路控制规程执行的数据传输控制功能可分为五个阶段。
阶段1为建立物理连接(数据电路)。数据电路可分为专用线路与交换线路两种
。在点对多点 结构中，主要采用专线，物理连接是固定的。在点对点结构中，如
采用交换电路时，必须按照交换网络的要求进行呼叫接续，如电话网的V.25和数据
网的X.21呼叫接续过程。
阶段2为建立数据链路。建立数据链路，在点对点系统中，主要是确定两个站
的关系，谁先发，谁先收，作好数据传输的准备工作。在点对多点系统中，主要是
进行轮询和选择过程。 这个过程也就是确定由哪个站发送信号，由哪个(些)站接
收信息。
阶段3为数据传送。下面进入有效可靠地传送数据信息，如何将报文分成合适
的码组，以便 进行透明的相对无差错的数据传输。 阶段4为数据传送结束，当
数据信息传送结束时，主站向各站发出结束序列，各站便回到空闲状态或进入一个
新的控制状态。
阶段5为拆线。当数据电路是交换线路时，数据信息传送结束后，就需要发出
控制序列，拆除通信线路。
2.3 数据链路控制规程的种类 根据所采用的帧同步技术，规程一般可分为两种
。
2.3.1 面向字符规程
采用某些专用的字符来控制链路的操作，监视链路的工作状态。BSC与我国的
基本型传输控制规程都属于这一类规程。
2.3.2 面向比特规程
采用特定的二进制标志序列作为帧的开始和结束，以一定的比特组合所表示的
命令和响应实现链路的监控功能。命令和响应可以与信息一起传送。SDLC、ADCCP
、HDLC、X.25都属于这 类规程。
3 数据传输
3.1 数据传输的基本形式
3.1.1 基带传输
所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带，简称基带。数字信号的基本频带
是从0至若干 兆赫，由传输速率决定。当利用数据传输系统直接传送基带信号，不
经频谱搬移时，则称之为基带传输，这种数据传输系统就称之为基带传输系统。
3.1.2 频带传输
所谓频带传输，就是把二进制信号(数字信号)进行调制交换，成为能在公用电
话网中传输的 音频信号(模拟信号)，将音频信号在传输介质中传送到接收端后，
再由调制解调器将该音 频信号解调变换成原来的二进制电信号。这种把数据信号
经过调制后再传送，到接收端后又 经过解调还原成原来信号的传输，称为频带传
输。这种频带传输不仅克服了目前许多长途电话线 路不能直接传输基带信号的缺
点，而且能够实现多路复用，从而提高了通信线路的利用率。 但是频带传输在发
送端和接收端都要设置调制解调器，将基带信号变换为通带信号再传输。
3.1.3 宽带传输
宽带是指比音频带宽更宽的频带。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输
系统。它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。宽带传输系统多是模拟信号
传输系统。
一般说，宽带传输与基带传输相比有以下优点：
(1)能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途；
(2)一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容
量大大增加；
(3)宽带传输的距离比基带远，因基带直接传送数字，传输的速率愈高，传输
的距离愈短。
3.1.4 数字数据传输
数字数据传输方式就是利用数字信道传输数据的方法，采用数字信道，每一数
字话路的数据 传输速率为64kbit／s，所以，每一话路可复用5路9600bit／s或10
路1800bit／s的数据，并不需要采用调制解调器(MODEM)，误码率又较低，从而提
高了传输的速率和质量。当传输距 离较长时，由于数字信道每隔一定距离就要插
入再生中继器，使信道中引入的噪声和信号失真不会积累，从而大大提高传输质量
。当然，采用数字传输要求全网的时钟系统保持同步， 因此这种数字数据传输方
式的灵活性不如模拟传输方式。
3.2 数字数据传输的基本原理
如上面所述，利用PCM数字信道传输数据信号，首先要解决的问题是数据信号
如何进入PCM话 路的问题，下面按同步和异步两种情况分别说明。
(1)同步方式
利用PCM数字信道传输数据，如果数据信号与数字端局的时钟是同步的，这时
，数据终端输出的数据信号是受PCM信道时钟控制的，因此只需对数据信号进行多
路化处理即可。这里数据终端设备处于受控制的从属地位，因此灵活性差。
(2)异步方式
如果数据信号与数据端局时钟是异步的，这时数据信号可采用填充方式复用到
64kbit／s的集合信号。
填充方式可分为比特填充、字符填充和包封三种方式。
①比特填充方式
当同步数据信号与数据端局的时钟是异步关系时，可以用缓冲存储器使输入输
出信号同步。其原理是首先将多路数据信号复用成一次群，然后以其脉冲速率将一
次群输入数据信号寄入缓存器。当输入速率比缓冲存储器的读出速率稍慢时，会出
现信号尚未到达就要读出的情况 ， 这时就要插入填充脉冲，并把填冲脉冲的信息
传到接收端。接收端收到填充指示信息就抹去该填电路交换，充脉冲，然后把脉冲
展成一定间隔，从而恢复原始数据信号。这种方法只限于 传输同步数据信号。
②字符填充方式
当异步起止式数据信号与数据端局时钟是异步关系时，为了实现同步多路化传
输，把输入的 数据信号的起止码元去掉，并插入控制比特S。如果是5单位码，原
信号一个字符为7.5个码 元 ，改变后变为6个码元，为了速率匹配，可在每4个数
据字符之后，插入一个填充字符Si( 该字符由1位控制比特和5位信息比特组成)，
每个字符的控制比特标明该字符是数据还是填 充字符。利用这种方法，可以把60
个50波特信号和一个200波特信号组合成3.2kbit／s的复 用信号，这种方法对字符
转接的数据交换系统很适用。
③包封方式
按照CCITT X.50或X.51建议，将同步的用户数据流复用成64kbit／s的集合信
号。X.50建 议规定采用(6+2)的包封格式，X.51建议规定采用(8+2)的包封格式。
这种方法是把等时数 据信号分成一系列6比特组(或8比特组)，对每个6比特组(或
8比特组)再填加上帧同步比特F 和状态比特S构成(6+2)或填加上包封同步比特A和
状态比特S构成(8+2)的包封结构。每个包封称为一个字包，如图7－6所示。
多路复用信号就是以8比特包封为单位相互交织构成串行数据流。
4 数据通信网的交换方式
对于计算机和终端之间的通信，交换是一个重要的问题。如果我们想使用任何
遥远的计算机 ，若没有交换机，只能采用点对点的通信。为避免建立多条点对点
的信道，就必须使计算机 和某种形式的交换设备相连。交换又称转接，这种交换
通过某些交换中心将数据进行集中和转送，可以大大节省通信线路。在当前的数据
通信网中，有三种交换方式，那就是电路交换 、报文交换和分组交换。一个通信
网的有效性、可靠性和经济性直接受网中所采用的交换方式的影响。
4.1 电路交换
在数据通信网发展初期，人们根据电话交换原理，发展了电路交换方式。当用
户要发信息时 ，由源交换机根据信息要到达的目的地址，把线路接到那个目的交
换机。这个过程称为线路 接续，是由所谓的联络信号经存储转发方式完成的，即
根据用户号码或地址(被叫)，经局间 中继线传送给被叫交换局并转被叫用户。线
路接通后，就形成了一条端对端(用户终端和被 叫用终端之间)的信息通路，在这
条通路上双方即可进行通信。通信完毕，由通信双方的某 一方，向自己所属的交
换机发出拆除线路的要求，交换机收到此信号后就将此线路拆除，以 供别的用户
呼叫使用。
由于电路交换的接续路径是采用物理连接的，在传输电路接续后，控制电路就
与信息传输 无关，所以电路交换方式的主要优点是：
①信息传输延迟小，就给定的接续路由来说，传输延迟是固定不变的；
②信息编码方法、信息格式以及传输控制程序等都不受限制，即可向用户提供
透明的通路 。
电路交换的主要缺点是电路接续时间长、线路利用率低，目前电路交换方式的
数据通信网是 利用现有电话网实现的，所以数据终端的接续控制等信号要作到与
电话网兼容。
4.2 报文交换
60年代和70年代，在数据通信中普遍采用报文交换方式，目前这种技术仍普
遍应用在某些领 域(如电子信箱等)。为了获得较好的信道利用率，出现了存储—
转发的想法，这种交换方式 就是报文交换。它的基本原理是用户之间进行数据传
输，主叫用户不需要先建立呼叫，而先 进入本地交换机存储器，等到连接该交换
机的中继线空闲时，再根据确定的路由转发到目的 交换机。由于每份报文的头部
都含有被寻址用户的完整地址，所以每条路由不是固定分配给 某一个用户，而是
由多个用户进行统计复用。
报文交换中，若报文较长，需要较大容量的存储器，若将报文放到外存储器中
去时，会造成 响应时间过长，增加了网路延迟时间。另一方面报文交换通信线路
的使用效率仍不高。
4.3 分组交换
分组交换与报文交换都是采用存储分组交换与报文交换都是采用存储转发交换
方式，即首先把来自用户的信息文电暂存于存储 装置中，并划分为多个一定长度
的分组，每个分组前边都加上固定格式的分组标题，用于 指明该分组的发端地址
、收端地址及分组序号等。
以报文分组作为存储转发的单位，分组在各交换节点之间传送比较灵活，交换
节点不必等待 整个报文的其他分组到齐，一个分组、一个分组地转发。这样可以
大大压缩节点所需的存 储 容量，也缩短了网路时延。另外，较短的报文分组比长
的报文可大大减少差错的产生，提高 了传输的可靠性。
5 分组交换数据网
5.1 分组交换的基本原理
分组交换的概念示意如图7－7所示。
由数据终端设备A发出的数据信息，通过用户线送到交换 机(节点机)a暂时存
储，在交换机a内分成具有一定长度的分组 并在每一分组前边加上指明该分组发端
地址、收端地址及分组序号 的分组标题。
交换机a为了把这分组转发给接收局交换机γ，就需要选择空闲路由。可以根
据交换网的状 态给每个分组选择不同路由，一般不会出现仅仅因为某一路由过忙
而不能转发的情况。
分组数据到达终点局的交换机γ后，再按照接收地址来分发。由于各分组数据
是经过各自的 路 由转送来的，所以它们未必能按照A B C的先 后顺序到达。因此
，交换机γ应按分组的序号重新排列，最后，通过用户线将数据送至数 据终端设
备C。
以上所讲是分组交换网中数据报方式，因为每一个数据分组都包含终点地址信
息，分组交换 机为每一个数据分组独立地寻找路径。因一份报文包含的不同分组
，可能沿着不同的路径 到达终点，在网路终点需要重新排序。
在分组交换网中还有另外一种方式，叫做虚电路方式。所谓虚电路，就是两个
用户终端设备 在开始互相发送和接收数据之前，需要通过网路建立逻辑上的连接
，一旦这种连接建立之后 ，就在网路中保持已建立的数据通路，用户发送的数据
(以分组为单位)将按顺序通过网路到 达终点。当用户不需要发送和接收数据时，
可以清除这种连接。
虚电路的概念可以用图7－8说明。在分组网中，从源终端传到目的终端中间经
过若干交换节 点，各节点间在一条物理信道上有多条逻辑信道，它们是按统计复
用实现复用的，如图中1 、2、3、4条逻辑信道。所谓逻辑信道，是指在两个节点
之间，在通信协议中对等层之间的 一种连接。在一条逻辑信道两端的交换机节点
中，都对应分配一定的存储空间，在每个分组 中 都标明了所走的逻辑信道号。如
当呼叫用户A要与A′通信时，A与A′通过节点1、2、3、4建 立虚电路连结，而各
节点之间的逻辑信道号是不样的，如图所示，节点1与节点2之间利用 逻辑信道1，
节点2与节点3之间利用逻辑信道1，节点3与节点4之间利用逻辑信道4。
虚电路方式有几个特点。
(1)一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除三个阶段。数据分组中不需
要包含终点地址，对于数据量较大的通信传输效率高。
(2)数据分组按建立的路径顺序通过网路，在网路终点不需要对数据重新排序
，分组传输时延小，而且不容易产生数据分组的丢失。
(3)当网路中由于线路或设备故障时，可能导致虚电路的中断，需要呼叫，建
立新的连接。 但是，现在许多采用虚电路方式的网路，已能提供呼叫重新连接的
功能。当网络出现故障时 ，将由网络自动选择并建立新的虚电路，不需要用户重
新呼叫，并且不丢失用户数据。
虚电路可以是临时连接，也可以是永久连接。临时连接称为交换虚电路，用户
终端在通信 之前 必须建立虚电路，通信结束后就拆除虚电路。永久连接的称为永
久虚电路，用户如果向网路预约了该项服务之后，就在两个用户之间建立永久的虚
连接，用户之间的通信直接进入数据 传输阶段，就好象具有一条专线一样，可随
时传送数据。分组交换技术可以进行路由选择、 流量控制，以保证网路内的数据
流量的平滑均匀，提高网路的吞吐能力和可靠性，防止阻塞现象的发生。
5.2 分组交换网的通信协议
5.2.1 协议概念和层次结构
为了将众多不同功能、不同配置及不同使用方式的终端设备和计算机互连起来
共享资源，就需要找到为解决它们之间互连而协商一致的原则。不同地理位置上两
个实体相互通信，需 要通过交换信息来协调它们的动作和达到同步，而信息交换
必须按照预先共同约定好的过程 进行，这种预先建立的原则、约定和标准就称为
网路协议。
协议是指系统间互换数据的一组规则，主要是关于相互交换信息的格式、涵义
、节拍等。协议的制定和实现采用层次结构，即将复杂的协议分解为一些简单的分
层协议、再组合成总的 协议。协议分层总括起来有以下好处：
(1)各层之间是独立的，任何一层不需知道下面一层是如何实现的，只需知道
下一层所提供的服务和本层向上一层所提供的服务；
(2)灵活性好，任何一层发生变化，只要接口关系保持不变，其他各层均不受
影响；
(3)结构上可以隔开，各层都可采用最合适的技术来实现；
(4)易于实现和维护。
5.2.2 开放系统互连参考模型(RM／OSI)
为了互连就需要有一个共同的网路体系结构和技术标准，所谓开放就是背景只
要遵循OSI标 准 ，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准
的其他系统通信。开放系统 模型分层分两步进行。第一步，把全部功能划分为数
据传输功能和数据处理功能，数据传输 功能为数据处理功能提供传送服务。第二
步，把上述两项功能进一步划分，设置七层，如图 7－9所示。
参考模型中的七层分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表
示层和应用层 。下面简述每层的功能。
(1)物理层控制节点与信道的连接，提供物理通道和物理连接以及同步，实现
比特信息的传输。物理层协议规定“0”和“1”的电平是几伏，一个比特持续多长
时间，DTE与DCE接口采 用的接插件的形式等等。
(2)数据链路层是两个通信实体之间一条点—点式信道，包括数据传输电路和
数据电路终接设备。数据链路层协议保证数据块从数据链路的一端正确地传送到另
一端，使用差错控制技 术来纠正传输差错，按一定格式成帧。
(3)网络层用于控制通信子网的运行，管理从发送节点到收信节点的虚电路。
协议规定网络节点和虚电路的一种标准接口，完成网络连接的建立、拆除和通信管
理，包括路由选择、信 息流控制、差错控制以及多路复用等。
(4)传输层是主计算机—主计算机层，或者说端—端传输控制层。传输层的主
要功能是建立 、拆除和管理传送连接。
(5)会话层是用户进网的接口，着重解决面向用户的功能，例如会话建立时，
双方必须核实对方是否有权参加会话，由哪一方支付通信费用，在各种选择功能方
面取得一致。
(6)表示层主要解决用户信息的语法表示问题。表示层将数据从适合于某一用
户的语法，变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。
(7)应用层的功能是假定网路上有很多不同形式的终端，各种终端的屏幕格式
都不同，应用层就要设法转换。
5.3 RM／OSI的数据流程
在介绍RM／OSI的数据流程之前，先介绍一个类比的例子。设有两个体制
完全相同的单位， 各单位分别设有主任、班长、组长、办事员。他们的工作方法
很机械，下级只向他的直接上 级报告情 况，上级只能要他的下级办事。两个单位
的主任、班长、组长都不能直接往来，但可通过书 信 协商工作，且仅接收对方对
应职位人员的信件，唯一能直接见面的是双方的办事员。这种 甲、乙两单位协商
办事的方式如图7－10所示。甲主任要和乙主任协调事宜，必须通过信函 ，并将信
封在信封内交给甲班长；甲班长拿出与乙班长通信的专用信封(否则乙班长不收)，
将甲主任的信装入其中，并将它交给甲组长；甲组长将其装入给乙组长的专用信
封中交给甲办事员，让他交给乙方办事员。乙办事员收到信后送给乙组长；乙组长
检查信封，是甲组长的信封才接收，并剥去信封查看内容，若是给自己的就自行处
理，若是给上级的就给乙班长；乙 班长收到信后也按相同的方法处理，直至把信
送给乙方主任为止。
按RM/OSI模型设计的网络系统的通信过程与上例类似，其数据流程如图7－11
所示。用户数据送入应用层后，该层给它附加控制信息H7后送表示层。表示层可能
要对数据作适当变换( 如代码转换、数据压缩)后附加控制信息H6再送会晤层。会
晤层加上控制信息H5送传输层。 传输层可能要把长报文分成若干段，给每段加上
控制信息H4后送网络层。网络层加上控制信 息H3形成报文分组送数据链层。数据
链层给报文分组附加头H2和尾T2形成帧(Frame)，经物 理层发送到对方。对方系统
则进行上述过程的逆处理，直至将数据送给用户进程为止。
5.4 CCITTX系列建议
5.4.1 X系列建议概述
如图7－12所示的公用数据网，是为计算机之间进行通信，以及为远程终端接
入计算机提供一种公共的手段。公用数据网由若干起交换作用的节点机组成。节点
机的任务是把分组数据送到目的地。CCITT制定了X 系列建议，其名称及主要内容
如表7－3所示。
表7-3 x系列建议
编 号 主 要 内 容
x.3 公用数 据通信网分组装／拆(PAD)功能
x.20 公用数据通信起止式传输业务用的DTE与DCE之间的接口
x.20bis 公用数据网内可与V.21建议兼容的，起止式DTE与DCE之间的接口
x.21 公用数据网内同步式DTE与DCE之间的接口
x.21bis 为与同步式V系列调制解调器接口设计的数据终端设备在公用数据网 内的
应用规程
x.24 公用数据网上DTE－DCE间的接口电路定义表
x.25 报文分组型公用数据网DTE－DCE接口
x.26 在数据通信领域内通常与集成电路设备一起使用的不平衡双流交换电路 的电
特性
x.27 在数据通信领域内通常与集成电路设备一起使用的平衡双流交换电路 的电特
性
x.28 公用数据网中，对于存取报文分组的分组装／拆设备的起止式DTE－DCE 的接
口
x.29 公用数据网中，分组式终端与分组装、拆功能之间的控制信息及用户数 据的
交换规程
x.75 在分组交换的公用数据网内的国际电路上用于传递数据的终端和经转接 呼叫
的控制规程
5.4.2 X.25建议
X.25建议为公用数字网上以分组方式工作的终端规定了DTE与DCE之间的接口。
这里DTE是用 户终端设备，DCE是数据通信设备，它能把DTE定义的信号转换成适合
在传输线路上传输的信 号，但从X25意义上讲，DCE则是与DTE连接的入口节点或
节点交换机。
X.25标准为用户(DTE)和分组交换网路(DCE)之间建立对话和交换数据提供一些
共同的规程 ，这些规程包括数据传输通路的建立、保持和释放，数据传输的差错
控制和流量控制，防止网路发生阻塞等等，对于非分组终端，需要用规程转换器，
也就是分组拆／装设备(PAD)转 换成X.25接口规程，或者由网路设备(如交换机)完
成规程转换。
X.25中规定了三个独立的级，即物理级、链路级、分组级。这三级与OSI参考模
型的一、二 、三层基本上是一致的。
5.4.3 分组装／拆(PAD)功能(X.3、X.28协议）
目前还有大量简单终端，或称异步终端和字符终端，它们只能发送和接收字符
流，为此，CC ITT制定的分组装／拆即PAD标准。PAD的基本功能是：①虚电路的建
立与释放；②将来自终 端的字符装配成适当分组，以便发往终点主计算机；③将
来自主机的数据分组拆成字符流， 送往终端；④可以进行分组或字符的转发。
从层次结构的角度来看，PAD功能是在X.25的低三层协议之上所提供的终端控
制功能。
5.4.4 接口协议
为使网路能连接各式各样的终端和主机及其他通信网，网路必须能支持比较齐
全的终端协议 与网间协议。总括起来，分组交换网涉及的主要接口协议如图7－
13所示。
5.5 用户终端与分组交换网路和连接
①分组终端(PT)。它与交换机连接时，具有分组处理能力，例如带X.25规程
的计算机、微 机、专用终端、规程转换器等设备，可以看作为分组终端。
②非分组终端(NPT)。它不具有分组数据处理能力，对它们不能直接进行分组
交换，必须经过PAD转换，不管PAD是放在网里面，还是放在网外面 。非分组终端
的种类很多，如带有异 步通信接口的计算机、微机、键盘打印机、键盘显示器、
电传机、可视图文终端等。
5.5.2 用户终端与网路的连接方式
①租用专线。租用专线可以是本地(或市内)专线，也可以是长途专线，连接方
式有二线制和四线制。
②经过电话网。分组终端经电话网和分组交换机相连采用X.25规程。虽然二者
规程不同， 但物理连接方式类似，均采用带有自动应答的调制解调器。但分组终
端采用同步调制解调器 ，异步终端采用异步调制解调器。这种调制解调器的操作
可选择人工呼叫，自动应答方式， 或者自动呼叫、自动应答方式。
5.6 网间互连
随着网路的急剧增加，功能不断增强，终端用户常常需要访问一个以上的网路
。例如，一个通常使用网路A终端，可能需要访问连在网路B上的一台计算机的数据
库，这时，这种端到端服务就要求网路A和网路B进行互连。这一特性就称为网间互
连，当前有以下几种网间互连 。
5.6.1 公用分组网之间互连
CCITT建立了X.75协议作为分组网之间互连标准。X.25是分组网间互连信令规
程。它规定了两个信令终接设备(STE)之间的接口规STE可看作为具有网间接口功能
的分组交换机， 它们可以直接连接，如图7－14所示。如果两个网路没有统一的接
口，就需通过网点设备也 就是网路协议转换器互连。这种情况当多种网络互连，
实现起来很麻烦。现在人们又研究了一种网间互连协议(IP)，它在网络层之上，使
用IP简化了不同接口协议网路之间的网点设计 。
5.6.2 公用分组交换网与专用分组交换网的互连
专用分组网和公用分组网之间，从技术上讲可以采用X.75规程互连，也可以采
用X.25规程互连(两网互为终端用户的互连方法)，此时专用网号用的是端口号，而
专用网内的地址由子地址来进行编址。
5.6.3 分组交换网与电话网的互连
电话网四通八达，如果数据用户能够通过电话网与分组交换网连接，实现和分
组网相连的其他用户之间的通信，将会使分组交换网的资源获得更充分的应用，而
且大大方便了用户。
电话网把分组网特定的一些端口作为它的用户，并分配给它电话号码。公用分
组交换网通常 都指定多少端口用于与电话网的连接，其中用于同种通信规程和同
种速率的一组接口可以 使用同一电话号码。用户通过电话网接入分组网与通过专
线接入组网的情况相似，也要通过调制解调器。
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too lazy.
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