在计算机网络的通信中有两种通信方式，即串行通信和并行通信。串行通信常用于计算机之间的通信，并行通信则一般用于计算机内部之间或近距离设备的传输通信。在串行通信中，还要考虑到通信的方向以及通信过程中的同步和异步传输问题。

串行传输与并行传输

　　串行通信和并行通信是两种基本的通信方式。计算机和外部设备之间的并行通信一般通过计算机的并行端口（ LPT ），串行通信通过串行端口（ COM ）。普通微机支持 4 个以上的 COM 端口和 3 个以上的 LPT 端口，但一般只有 2 个 COM 端口和 1 个 LPT 端口有效。每个端口使用不同的中断号和端口地址，且不能同其他设备冲突。通过打开“控制面板”，依次选择“系统”，“设备管理器”和“端口”，可以查看有效的通信端口以及所使用的资源。如图 2-11 所示。

　　通过该对话框可以设置 COM 端口的波特率、数据位的长度、奇偶校验类型、停止位以及流量控制协议。流量控制是当指定缓冲区已满，无法从远程计算机接收更多数据时，应该采取的动作，流量控制有 3 个可选值：硬件、 XON ／ XOFF 和无。通信双方的计算机必须使用同样的参数设置。

　　1.串行通信方式

　　串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并 / 串转换硬件转换成串行方式，再逐位经通信线路到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。

　　串行数据线有三种不同配置：单工通信、半双工通信、全双工通信。

　　(1)单工通信

　　数据永远从发送端 A 传送到接收端。单工通信的线路，一般采用两个信道，一个传送数据，一个传送控制信号，简称为“二线制”。例如，在家中收看电视节目，观众无法给电视台传送数据，只能由电视台单方向给观众传送画面数据。

　　(2)半双工通信

　　数据信息可以双向传送，但是在每一时刻只能朝一个方向流动，该方式要求 A 、 B 端都有发送装置和接收装置。若想改变信息的传输方向，需要利用开关进行切换。如无线对讲机，甲方讲话时，乙方无法讲；需要等甲方讲完，乙方才能讲。

　　(3)全双工通信

　　能同时在两个方向进行数据传输，即有两个通道，它相当于将两个方向相反的单工通信方式组合起来。一般采用四线制。例如，日常生活中使用的电话，双方可以同时讲话。全双工通信效率高，控制简单，但造价高，适用于计算机之间的通信。

　　2.并行通信方式

　　并行通信传输中有多个数据位（一般为 8 个）同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信，最典型的例子是计算机和并行打印机之间的通信。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。

异步传输与同步传输

　　在串行通信中，通信双方收发数据序列必须在时间上取得一致，这样才能保证接收的数据与发送的数据一致，这就是通信中的同步。

　　１.同步传输

　　同步传输就是使接收端接收的每一位数据信息都要和发送端准确地保持同步，中间没有间断时间。实现这种同步的方法又有自同步法和外同步法。

　　自同步法从数据信息波形本身提取同步信号，例如曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的每个码元中间均有跃变，利用这些跃变作为同步信号。外同步法则在发送端在发送数据信息以前，向接收端先发出一个或多个同步字符，接收端按照这个同步字符来调整其内部时序，并把接收时序重复频率锁定在同步频率上，以便也能用同步频率接收数据，然后向发送端发送准备接收数据的确认信息，发送端收到确认信息后开始发送数据。

　　2. 异步传输

　　在异步传输中，发送端在发送字符时，在每个字符前设置 1 位起始位，在每个字符之后设置 1 位或 1.5 位或 2 位停止位。起始位为低电平，停止位为高电平。每个字符一般为 4 ～ 8 位，一般 5 位字符的停止位是 1.5 位， 8 位字符的停止位是 2 位。在 8 个字符中可以包含 1 位校验位，可以是奇校验，也可以是偶校验，也可以无校验位。在发送端不发送数据时，传输线处于高电平状态，当接收端检测到低电平（即起始位），表示发送端开始发送数据，于是便开始接收数据，在接收了一个字符的数据位后，传输线将处于高电平状态。

　　在异步传输中，任何两个字符之间时间可以随机的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步。这种传输方式又称为起—止式同步方式。

2.4.3 多路复用技术

　　在长途通信中，一些高容量的同轴电缆、地面微波、卫星设施以及光缆，其可以传输的频率带宽很宽，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复用技术，使多路数据信号共享一条线路进行传输。多路复用（ multiplexing ） , 意思是系统资源可以被多个用户共享。直观的说，可以将多路复用解释为类似一个分时计算机系统。在分时计算机系统中，一个物理 CPU 被多项任务共享（多路复用），每项任务都认为它有自己的专用处理器。同样，由多个用户发送的数据可以在构成网络的多条物理链路上被多路复用。

　　下面我们来看看多路复用是如何进行的，在图 2-12 所示的简单网络中，网络左边的 3 个主机（ L1 ～ L3 ）正向网络右边的 3 个主机（ R1 ～ R3 ）发送数据，它们共享只有一条物理链路的交换网。为简单起见，假设主机 L1 与主机 R1 通信，依此类推。在这种情况下，相应 3 对主机的 3 个数据流通过交换机 1 多路复用一条物理链路，然后再由交换机 2 解多路复用（ demultiplexing ） 为独立的数据流。

　　将多个数据流多路复用到一条物理链路上，有几种不同的方法。包括频分多路复用（ FDM, Frequency Division Multiplexing ），时分多路复用 (TDM ， Time Division Multiplexing) 和波分多路复用（ WDM,Wavelength Division Multiplexing ）。

　　1. 频分多路复用技术原理

　　频分多路复用就是把线路或空间的通频带资源分成多个频段（带），将其分别分配给多个用户，每个用户终端的数据通过分配给它的子通路（频段）进行传输，当该用户没有数据传输时该通路保持空闲状态，其他用户不能使用该通路。频分多路复用适合于模拟信号的频分传输，例如无线广播、无线电视中将多个电台的多组节目对应的声音、图像信号分别加载在不同频率的无线电波上，同时在同一无线空间传播，接收者根据需要接收特定的某种频率的信号收听或收看，电话和电缆电视（ CATV ）也是一样。我们就利用电话系统这个例子来说明频分多路复用的原理。现在一路电话的标准频带是 0.3 KHz 至 3.4 KHz ，高于 3.4 KHz 和低于 0.3 KHz 的频率分量都将被衰减掉（这对于语音清晰度和自然度的影响都很小，不会令人不满意）。所有电话信号的频带本来都是一样的，即 0.3 ～ 3 .4 KHz 。若在一对导线上传输若干路这样的电话信号，接收端将无法把它们分开。若利用频率变换，将三路电话信号搬到频段的不同位置，如图 2 - 13 所示这样，就形成了一个带宽为 1 2 KHz 的频分多路复用信号。图中一路电话信号共占有 4 KHz 的带宽。由于每路电话信号占有不同的频带。到达接收端后，就可以将各路电话信号用滤波器区分开。由此可见，信道的带宽越大，容纳的电话路数就会越多。随着通信信道质量的提高，在一个信道上同时传送的电话路数会越来越多。目前，在一根同轴电缆上已实现了上千路电话信号的传输。多路频分复用系统又称为多路载波系统。按照 CCITT 的建议，每 12 个电话话路构成一个基群，占用 60 ～ 108KHz 的频带；每 5 个基群在一起构成一个 60 路的超群，占用 312 ～ 552 KHz 的频带； 5 个超群构成一个 300 路的主群，占用 812 ～ 2044KHz 的频带； 3 个主群构成一个 900 路的超主群，占用 8516 ～ 12388KHz 的频带； 4 个超主群构成一个 3600 路的巨群占用 42612 ～ 59648KHz 的频带。在实现多路载波系统时，需逐级实现频率升高，由低次群组成高次群。

　　在目前的有线或无线模拟通信网中，使用了大量频分多路复用载波系统，因此频分模拟话路也是当前主要的长距离数据传输信道，每个话路最高数据传输率可达56Kbps。

　　２.时分多路复用技术原理

　　如果传输介质能达到的传输速率超过单一信源要求的数据传输率，则可采用时分多路复用技术，即将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用，这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。

　　时分多路复用分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。同步时分多路复用是指分配给每个终端数据源的时间片是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间片都不能被其他终端占用。异步时分多路复用（又称统计多路复用），它象同步时分多路复用一样，通过时间来共享物理链路，一个流的数据先被传送到物理链路上，然后另一个流再传送，依此类推。然而，不同的是，传送每个流的数据是根据需要而定，而不是根据一个预先规定的时间片来确定，它允许动态地分配时间片，如果某个终端不发送信息，则其他地终端可以占用该时间片。

　　在宽带局域网中，可以把时分和频分多路复用结合起来，将整个信道频分成几个子信道，每个子信道再使用时分多路复用技术。

　　我们以电话系统作为例子来说明时分多路复用的工作原理。对于带宽为 4KHz 的电话信号，每秒采样 8000 次就可以完全不失真地恢复出话音信号。这种技术被称为脉冲编码调制（ Pulse Code Modulation ， PCM ）。假设每个采样点的值用 8 位二进制数来表示，因此一路电话所需要的数据传输率为 8 × 8000 ＝ 64Kbps 。如果有 24 路电话，即在每个采样周期（ 125 微秒）中要传输 24 个采样值。首先是第 1 路电话的 8 位采样值，然后是第 2 路电话的 8 位采样值，直至第 2 4 路电话的 8 位采样值，最后加上 1 位用于区分或同步每一次的采样间隔，这样在一个采样周期中主干线路要传输 193 位二进制数据，即要求主干线路的数据传输率达到 193bits/125μs=1.5444Mbps 。因此我们可以利用了一条数据传输率为 1.544Mbps 的信道同时传输 24 路电话，如图 2 - 14 所示，这种 24 路电话复用一条 1.544Mbps 主干线路被称为 T1 标准。

　　时分多路复用允许多个 T1 线路复用到更高级的线路上，如图 2-15 所示。在图 2-14 中， 4 个 T1 信道被复用到 T2 线路上。在 T2 及更高级的线路上的多路复用是按比特进行的，而不是构成 T1 帧的 2 4 个话音信道的字节。 4 个 1.544Mbps 的 T 1 信道按理应复用成 6.176Mbps 的速率，而 T2 线路的实际速率是 6.312Mbps 。额外的比特主要是用于帧定界和时钟同步。同理， 6 个 T2 流按比特复用成 T3 线路；而 7 个 T3 流复用成 T4 线路。每一次向上的复用都要附带一些开销用于帧定界和时钟同步。

　　正如美国和其他国家在基本传输线路上不一致一样，在美国使用的时分多路复用标准是 E1 ，即 30 路电话复用一条 2.048Mbps 的 E 1 线路。在 E1 标准中，以 330 路 PCM 电话为一个基群（即 E1 ，数据传输率为 2.048Mbps ）， 4 个基群组成 120 路的二次群（即 E2 ，数据传输率为 8.448Mbps ）， 4 个二次群汇成 480 路的三次群（即 E 3 ，数据传输率为 34.368Mbps ）， 4 个三次群又组成 1920 路的四次群（即 E 4 ，数据传输率为 139.246Mbps ）。时分复用数字通信系统和频分复用多路载波系统相比，存在着许多优越性，这些优越性都是由于数字通信的特点所带来的。

　　３.波分多路复用基本原理

　　光纤通道 (Fiber OptIC Channel) 技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用。波分复用是光的频分多路复用。目前一根单模光纤的数据传输速率最高可以达到 2.5Gb/s 。如果我们可以借用频分多路复用的设计思想，就能够在一根光纤上同时传输很多个频率很接近的光载波信号，实现基于光纤的频分多路复用技术。最初，人们将在一根光纤上复用两路光载波信号的方法叫做波分复用。

　　波分多路复用的工作原理如图 2-16 所示。图中所示的两束光波的频率是不相同的，它们通过棱镜 ( 或光栅 ) 之后，使用了一条共享的光纤传输，它们到达目的节点后，再经过棱镜 ( 或光栅 ) 重新分成两束光波。因此，波分多路复用并不是什么新的概念。只要每个信道有各自的频率范围且互不重叠，它们就能够以多路复用的方式通过共享光纤进行远距离传输。与电信号的频分多路复用不同之处在于，波分多路复用是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。