7.3 数据通信系统模型和功能
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7-2是数据通信系统的基本构成。由图中可以看出，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，那么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，那么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。其中的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。
图 7 2 数据通信系统的基本构成
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7－2中的传输控制器和通信控制器来完成。从图7－2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，必须在建立数据链路之后，通信双方才能真正有效地进行数据传输。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。
每个数据网络由下面部分组成：DTE（Data Terminal Equipment）、DCE（Data Communications Equipment）和传输信道，如图7-3所示。传输信道是用户向运营商申请的网络服务（例如，与某个ISP的拨号连接）。DTE在两点之间无差错地传输数据，它主要负责传输和接收信号以及差错控制。DTE一般都支持端用户应用程序、数据文件和数据库。DTE可以连接任何类型的计算机终端，包括PC、打印机、主机、前端处理器、复用器和局域网连接设备。
图 7-3 数据网络示意图
DCE提供DTE和传输信道之间的接口。它在DTE和传输信道之间建立、维持和终止连接。DCE负责确保从DTE出来的信号与传输信道兼容，例如，如果是模拟语音级信道，DCE负责将从PC输出的数字数据转换为模拟形式，再传送到信道上。根据网络业务的不同，网络中可能会发生各种不同的转换（例如，数字到模拟的转换、电平的转换）。DCE的信号编码就完成这些转换功能。例如，DCE需要确定比特‘1’和比特‘0’所对的电平值，还要规定比特流中连续传送的‘1’或者‘0’的个数，如果连续传送过多的‘1’或者‘0’，则不便于接收端同步时钟的提取，因此有可能引起传输差错。DCE应用这些规则来完成所需要的信号转换。DCE设备有网络终端单元、PBX数据终端接口和调制解调器等，这些DCE完成相同的基本功能，但名字可能不同，这取决于它们所连接的网络业务的类型。
数据网络的另一部分是物理接口，它定义了连接器的引脚数、电缆中的线数以及缆线上和引脚上携带什么信号。图7-3中连接DTE和DCE的线代表物理接口。目前有很多物理接口标准存在，例如常用于异步通信的RS-232标准和常用于同步通信的V.35标准。
表7.1列出了数据通信系统必须完成的一些主要任务。
传输系统的充分利用 寻址
接口 路由选择
信号的产生 恢复
同步 报文的格式化
交换的管理 安全措施
差错检测和纠正 网络管理
流控制
表 7-1 数据通信系统主要任务
表7.1列出了数据通信系统必须完成的一些主要任务。
传输系统的充分利用 寻址
接口 路由选择
信号的产生 恢复
同步 报文的格式化
交换的管理 安全措施
差错检测和纠正 网络管理
流控制
（1）第一项是传输系统的充分利用，它指的是如何充分利用传输设施，通常这些传输设施会被多个正在通信的设备共享。有多种技术（称为复用）可在几个用户之间分配传输系统的总传输能力。为了保证系统不会因过量的传输服务请求而超载，就需要引入拥塞控制技术。
（2）任何设备要进行通信，都必须与传输系统有接口，一旦建立了接口，要进行通信还需要信号的产生。产生的信号的性质，如信号格式及信号强度，必须满足以下两点：能够在传输系统上进行传播和能够被接收器转换为数据。
（3）仅根据传输系统和接收器的要求生成信号还是不够的，必须在发送器和接收器之间达成某种形式的同步。接收器必须能够判断信号在什么时候开始到达，什么时候结束。它还必须知道每个信号单元的持续时间。
（4）要使双方顺利通信，除了决定信号的特性和定时这些基本要求之外，系统还要收集很多其他信息，我们将其归纳为交换的管理。如果在一段时间内数据的交换是双向的，那么双方必须合作。
（5）任何通信系统都有出现差错的可能性，比如传送的信号在到达终点之前失真过度，在不允许出现差错的环境中就需要有差错检测和纠正机制，这种情况通常发生在数据处理系统中。例如，当一台计算机向另一台计算机发送文件时，如果文件的内容被意外地改变了，这肯定是无法接受的。为了保证目的站设备不会因源站设备将数据发送得太快以致无法及时接收和处理这些数据而导致超载，就需要流控制。
（6）寻址和路由选择是两个相关但又截然不同的概念。当传输设施被两个以上设备共享时，源站系统必须给出其目的站系统的标识。传输系统必须保证只有目的站系统才能收到数据，这就是寻址。此外，传输系统本身还可能是具有不只一条路径的网络，那么还必须在这个网络中选择某条特定的路径，这就是路由。
（7）恢复和差错纠正是两种不同的概念。当信息正在交换时，譬如数据库处理或文件传输时，由于系统某处发生了故障而导致传输中断，那么在这种情况下就需要使用恢复技术。它的任务就是从中断处开始继续工作，或者至少应该把系统被涉及的部分恢复到数据交换开始之前的状态。
（8）报文的格式化是双方必须就数据交换或传输的格式达成一致的协议。例如，双方都使用同样的二进制字符编码。
（9）在数据通信系统中采取某些安全措施常常是很重要的，发送数据方可能希望确保只有它期望的接收方才能接收到数据，而数据接收方则可能希望保证接收到的数据在传送过程中没有被改变过，且此数据确实来自正确的发送方。
（10）最后，数据通信设施是一个十分复杂的系统，它不可能自动创建或运行，于是就需要各种网络管理功能来设置系统，监视系统状态，在发生故障和过载时进行处理，并为系统进一步发展进行合理的规划。
