传输方式

传输方式描述比特在通信双方之间如何组织和发送。它关心三个问题:

  • 多个比特是逐位发送,还是并列发送。
  • 收发双方如何对齐比特时间。
  • 通信双方能否双向发送,能否同时双向发送。

串行传输与并行传输

串行和并行讨论的是多个比特在物理线路上如何排列。

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串行传输是在一条数据线路上按时间顺序逐位发送。远距离通信常采用串行传输,因为线路少、成本低,不同线路之间的时延偏差和串扰问题少。

并行传输是在多条数据线路上同时发送多个比特。若每条线路的数据传输速率相同,$n$ 条线理论上可达到单条线的 $n$ 倍速率。但距离变长后,不同线路到达时间不一致、线间串扰和布线成本都会限制并行传输。

计算机内部常并行处理数据,链路上常串行发送数据,因此网卡中会发生并/串转换和串/并转换。

同步传输与异步传输

同步和异步讨论的是收发双方如何对齐比特时间。

同步传输要求收发双方保持同步的时钟节奏,连续传输一批数据。它适合高速、连续的数据流,但对时钟同步要求较高。

异步传输不要求双方长期保持严格同步,而是在每个字符或短数据单元前后加入起始位、停止位等同步信息。接收端看到起始位后重新校准采样时机,再读取后续数据位。

若收发双方时钟频率有微小误差,连续传输时间越长,采样点偏移越明显,最终可能把一个比特误判为相邻比特。异步传输用起始位把误差限制在一个较短字符范围内。

单工、半双工、全双工

单工、半双工和全双工讨论的是通信方向是否允许双向、是否允许同时双向。

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类型 方向 是否能同时双向传输 典型例子
单工 只有一个方向 不能 广播、电视广播
半双工 两个方向交替 不能 对讲机、早期总线型以太网
全双工 两个方向同时 电话、交换式以太网

单工只有一个通信方向。半双工和全双工都具备两个通信方向,区别在于半双工不能同时占用两个方向,而全双工可以同时占用两个方向。

“单工电台”不是严格的单工通信

“单工电台”这个说法中的“单工”常指双方使用同一频率交替讲话,本质上更接近半双工,而不是只能从一端发向另一端的单工通信。