数据通信技术纵览

newrobert

最简单的数据通信技术是现有电话线加调制解调器。这种技术的优点是简单，易于实
现，可利用现有的电话网络，而政治性建立单独的数据通信网络，通过拨号，可以实现网
络中任意两点之间的数据通信。它一般用于普通用户与Internet的互联，以及金融网络的
拨号备份。其缺点在于通信速率很低，受调制解调器及线路质量的限制，数据传输速率最
高不超过28.8kbit/s，对于突发性的数据流处理效率低，不能对整个数据网实现有效、统一
的管理。普通电话网的一般速率仅为9600kbit/s，不能满足大量数据信息传递的要求，从而
形成了计算机网络在接入部分的"瓶颈"。
  
--另一种较简单的数据通信技术是点到点的数字数据通信。DDN网就属于这种类型。DDN
是为满足高质量数据通信的需要，应用数字复用技术、数字交叉连接技术及光纤数字传输
技术，以传输数据信息为主，提供半永久性连接电路的数字传输网。在结构上，DDN由PCM
数字电路及数字交叉连接系统（DACS）组成，其中数字交叉连接系统用于通信线路的交
接、调度及管理。在技术上，DDN采用了同步转移方式的数字时分复用技术，每个用户数
据信息按照预先确定的协议，在固定的通道时隙位置以预先设定好的信道带宽和通信速率，
严格按照先后顺序有规律地传输，在传输过程中，各转接窗口只需作信道时隙的识别，就
可准确地将数据信息送到目的。DDN技术的优点在于：①网络协议透明度高，上层任何协
议都可以支持，是不受约束的透明网，可提供数据、语音、传真和图像等多种业务；②数
据传输速率高，信道的带宽可按2400～9600bit/s和N×64kbit/s随意设定，当相对固定的两
点间或多点间数据流量较大时，可根据需要，在相对固定的时间内，设置专用通道和信道
带宽，其传输速率在理论上最高可达150Mbit/s，一般可达2Mbit/s；③由于DDN采用光纤
传输，所以可将检错、纠错等功能转移到智能化终端设备中去完成，使得网路运行中间环
节的管理、监控等更加简化，能够实现完全的端到端的网络管理、监控等更加简化，能够
实现完全的端到端的网络管理，在必要和允许的情况下，用户还可以部分地参与网络的管
理；④DDN平均传输时延低，一般小于450μs。但其对于突发性的数据流量的处理效率
低，通常只有5%～20%，而且通信费用高。这种技术适用于长时间有大量数据传送的场合，
例如网络主干、网络中继和ISP等。
  
--为适应计算机网络互联的需求，人们引入了分组交换技术。从开放式系统互联模型
（OSI）来看，分组交换覆盖了OSI的下3层协议。它的第1层是物理层，在用户设备和
网络之间或者两个网络节点之间，提供物理和电气连接；第2层是数据链路层，通过检错、
纠错和确认重传等技术，提供了通过物理链路的数据的正确性和完整性，利用滑动窗口机
制，实现了数据流量控制；第3层是网络层，通过逻辑信道号（LCN）、虚电路（VC）、顺
序控制和窗口等机制，提供了端到端的数据的完整性和正确性，而且确保数据到达正确的
终点。在分组交换中，信息从源点到终点的每一步都要进行大量的处理，建立帧头和帧尾，
并检查数据信息是否有错误。较之于电话拨号和DDN，分组交换技术具有许多独特的优越
性。它采用虚电路复用方式使信道利用率提高，传输费用显著下降；定义独特的分组
格式有利于纠正差错，有利于分组重发规程的实现，有利于实现每一条虚电路以及对每一
条链路的流量控制，有将近地防止了网络拥塞的发生。基于这些优点，分组交换技术一问
世，就在计算机网络领域获得了广泛的应用。70年代中期的计算机网络几乎全部采用了这
种技术。时至今日，分组交换技术在数据通信领域仍占有较大的份额。其缺点在于，协议
的复杂性（例如纠错功能等）使得开销太大，加重了分组交换机的处理负担，使得其分组
吞吐能力、用户端口的通信速率和中继线速率的进一步提高受到了限制，用户端口的通信
速率通常仅为64kbit/s，最高不超过256kbit/s；分组通过网络的时延比较大，目前各公用?nbsp;
组网的平均时延一般都在数百毫秒的数量级，而且各个分组的时延具有离散性。在数据量
大，实时性要求较高的网络应用中，分组交换的这些缺点正日益成为其业务发展的制约因
素。
  
--帧中继也被称作快速分组交换技术，是分组交换技术的改进型。为了提高系统的响应
时间，缩短网络时延，增加网络吞吐量，帧中继只保留了OSI参考模型中的物理层和数据
链路层中的核心功能，删除了网络层功能，把原来分组交换在每个网络节点必须处理的27
种控制信息减少到7种，从而使交换机的时延由几百毫秒下降到2～3ms，这样，帧中继就
把宝贵的网络资源最大限度地用于传输有用的数据（即用户数据），进一步提高了每一条传
输线路的利用率，降低了通信成本。帧中继在数据传输过程中只负责检错而不提供纠错服
务，纠错和流量控制等功能均由用户智能张端完成。事实上，现在的传输线路误码率一般
很低，所以在现有计算机处理能力大为增强的条件下，采用TCP/IP协议族中的TCP协议
来做到这一点并不难，不会形成网络瓶颈。为了满足LAN对突发性数据量的传输要求，
更合理地分配网络资源，帧中继在继承分组交换技术中的分组层虚电路复用机制时，采用
了ISDN的数据链路层虚电路复用技术，这样，既实现了对通信线路的统计复用，又可在
网络交换机上删除网络层功能，提高了帧中继的效率。从用户使用角度看，在大多数网络
环境下，帧中继技术较DDN数据专线技术和分组交换技术有较大的性能价格）、优势。然
而，作为一种新技术，帧中继也存在着许多亟待解决的困难。帧中继的高吞吐量和低时延
来源于其对差错帧和拥塞情况下多余帧的简化处理--丢弃，在数据流量较大的情况下，
这就有可能引发网络中数据流量的"雪崩"式增长；从而造成网络性能的迅速恶化。另外，
在网络拥塞的情况下，如何使得用户终端恰当上进行速率适配、速率控制，也是帧中继面
临的一个问题。
  
--随着信息技术的发展，人们又提出了在同一通信网络内既容纳非实时的数据业务，又
容纳实时性的电话和电视业务的要求。显然，传统的电路交换和帧交换（分组交换和帧中
继）都不能满足这种需求，为此人们开发了异步转移模式（ATM）。从实质上看，ATM是
一种快速分组交换技术，是一种面向分组的转移模式，它使用异步时分复用技术，将信息
流分割成固定长度的信元，由于使用了统一的信息单位，因而能够比较容易地实现各种信
息流混合在一起的多媒体通信，并能根据业务类型和速率的需要动态地分配有效容量。在
网络运行过程中，AIM能根据需要改变传送
速率，对高速信息元转移频次高，对低速信息元转移频次低，即按照统计复用的原理进行
传输和变换。所以ATM完全可以用单一的交换方式，灵活有效地支持从窄带的语音、数
据传输到高清晰度电视等的宽带业务。与其他数据通信技术相比，ATM具有极高的信息通
过量，极低的交换时延和极低的信息丢失率，它采用模块化结构，扩充性好，因而，被普
遍认为是新一代电信网的核心技术。然而，ATM技术距离大规模应用还有一个相当长的过
程。一方面，由于ATM是一种崭新的技术标准，与现有的网络和传输技术标准差异很大，
所以还需要在实践中不断加以完善，特别"是
ATM网络的控制、管理和维护技术还需进一步加以研究和完善；另一方面，ATM的性能
价格比最终决定了ATM在电信市场上竞争力，事实证明，在窄带环境下，ATM接入接口
是不经济的。对此，人们提出了以ATM为核心传送网，帧中继作为接入网的思想，ATM
论坛称之为ATM和帧中继的网络互通，并为之制订了相应的技术标准FRF.5。中国正在建
设中的骨干帧中继网正是采用了这种技术。
  
--回顾数据通信技术近30年的发展历程，我们可以看到，正是计算机技术和信息技术的
迅速发展，以及用户的需求，推动了数据通信技术朝着高速率、低时延、低成本的方向发
展，而每一种数据通信技术的生命力及其在数据通信领域内所占有的地位，也取决于其对
这几个指标的满足程度。