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计算机网络（8）物理层的传输方式

article 2024/12/27 10:55:50

一、串行传输与并行传输

串行传输

定义：串行传输是一种数据传输方式，指的是逐位地按照顺序传输数据。在串行传输中，数据位逐个按照一定的顺序进行传输，可以通过单条线路或信道进行。
特点：
逐位传输：串行传输以逐位的方式传输数据，将数据位一个接一个地发送或接收。
时序依赖：由于数据位逐个传输，发送端和接收端的时钟信号需要同步，确保数据的正确传输和解析。因此，串行传输中常常需要引入时钟同步机制。
线路简化：相比并行传输，串行传输通常只需要使用一条线路进行数据传输，减少了线束的复杂性和电路数量。这使得串行传输适用于长距离传输和高速传输。
成本和空间节省：由于只需要较少的线路和接口，串行传输在成本和空间上相对较优。
灵活性：串行传输在布线和控制上相对简单，可以适应复杂系统的连接需求。
应用：串行传输常用于各种串行接口，如串口（如RS-232/RS-485）、USB（Universal Serial Bus）、Ethernet等。这些接口通常用于计算机、通信设备和外部设备之间的数据传输。

并行传输

定义：并行传输是指在多条并行通道上同时传输多个比特的方式。每条通道负责传输比特流中的一个比特，可以提高数据传输速率。
特点：
高速传输：由于并行传输可以同时传输多个数据位，因此在相同的传输时间内，可以传输更多的数据量，达到更高的传输速率。
复杂性：由于每个数据位都需要使用单独的线路进行传输，因此并行传输的线束和接口相对较为复杂，会增加成本和布线难度。
应用：并行传输在需要高数据吞吐量和低延迟的应用中具有优势，如高性能计算领域中的超级计算机、并行处理器等。

二、同步传输与异步传输

同步传输

定义：同步传输是一种数据传输方式，指的是数据的发送和接收端在数据传输过程中保持同步，以确保数据的正确传输和解析。
特点：
高效可靠：同步传输能够保持数据传输的高效性和可靠性，因为发送和接收端的数据处理步调同步，减少了数据传输中的误码率和丢失率。
时序一致：在同步传输中，数据发送和接收的时序是一致的，保持了数据的完整性和准确性。
速率可控：同步传输允许发送端和接收端在传输过程中对传输速率进行控制和协商，以适应不同的传输需求。
外同步与内同步：
外同步：在收发双方之间增加一条时钟信号线。发送端在发送数据信号时还要发送一路时钟信号，同步数据传输的节奏和速率。
内同步：发送端将时钟信号编码到发送数据中一起逐步发送（例如曼彻斯特编码），而接收端根据同步时钟来接收和解析数据。
应用：同步传输常用于数据通信协议中的数据帧传输，如同步通信协议HDLC、SDLC、PPP等。这些协议通过统一的时钟信号来控制数据的传输和解析，确保数据的可靠传输。

异步传输

定义：异步传输中，数据的发送和接收端不需要保持严格的时钟同步，而是在每个数据字节之间使用起始位和停止位来定界和同步数据。
特点：
字节之间异步：即字节之间的时间间隔不固定。
字节内的每个比特仍然要同步：即各比特的持续时间是相同的。
灵活性：异步传输允许发送和接收端在不同的时钟频率下操作，提供了更大的灵活性和兼容性。
效率稍低：由于需要在每个数据字节之间包含起始位和停止位，传输的效率可能会稍低。
应用：异步传输常用于串行通信接口，如RS-232和RS-485等。这些接口通常用于短距离的数据通信，如计算机与外围设备（如调制解调器、打印机、传感器等）之间的通信。

三、单向通信、双向交替通信与双向同时通信

单向通信（单工通信）

定义：单向通信是指数据流只在一个方向上进行传输。
特点：
单向流动：数据流只在一个方向上进行传输，发送方向接收方。
无反馈：由于没有反向的数据流，发送方无法获得关于数据是否已经被成功接收的确认信息。
简单性：相对于双向通信，单向通信在协议设计和实现上较为简单。
应用：广播和电视信号的传输是典型的单向通信。

双向交替通信（半双工通信）

定义：双向交替通信是指数据可以在通信线路上双向传输，但不能同时进行。
特点：交替传输：通信双方可以交替地发送和接收数据。
应用：双向交替通信类似于对讲机的工作原理。

双向同时通信（全双工通信）

定义：双向同时通信是指数据可以在通信线路上双向同时传输的方式。
特点：双向同时：通信双方可以同时发送和接收数据，实现真正的双向通信。
应用：电话通信和互联网通信是典型的双向同时通信。