主题 2 · 数据传输
数据包与传输方式
数据如何被拆成数据包，分组交换如何为它们选路，以及串行、并行、单工和双工传输。
第 1 课，共 3 课大纲 2.1更新于 2026年10月31日
数据以数据包的形式传输
把整个文件一次性发送会堵塞网络，而且一旦出错就得整个重发。所以数据会被拆成大小相同的小数据包。
每个数据包都有三部分：
数据包结构
包头
有效载荷
包尾
- 包头
- 目标 IP 地址、发送方 IP 地址和数据包编号。
- 有效载荷
- 真正携带的数据，是文件的一小部分。
- 包尾
- 标记数据包结束，并带有校验数据，例如校验和。
分组交换
每个数据包各自穿越网络。每到一个路由器，都会选择当前最好的路线，所以同一文件的数据包可能走不同的路径，到达顺序也可能不同。
- 1拆分文件被拆成带编号的数据包。
- 2选路路由器把每个数据包沿当时最好的路线发出。
- 3到达数据包到达目的地，顺序可能是乱的。
- 4重组按编号把文件拼回原样，缺失的数据包会被重新请求。
考试提示： 优点：路线可以避开繁忙或故障的链路，只需重发丢失的数据包。缺点：数据包可能丢失或延迟，重组需要时间。
串行与并行
串行传输让位一个接一个地沿一根导线发送。并行传输同时沿多根导线发送多个位。
| 串行 | 并行 | |
|---|---|---|
| 导线 | 一根 | 多根（通常 8 根或更多） |
| 速度 | 短距离时较慢 | 短距离时较快 |
| 距离 | 长距离传输可靠 | 长距离时各位可能不同步（偏移） |
| 成本 | 线缆便宜 | 线缆较贵 |
| 例子 | USB、连接互联网 | CPU 内部及芯片之间 |
单工、半双工与全双工
传输方向同样重要：
| 方式 | 方向 | 例子 |
|---|---|---|
| 单工 | 只能单向 | 电脑到打印机、电台广播 |
| 半双工 | 可以双向，但同一时间只能一个方向 | 对讲机 |
| 全双工 | 两个方向同时进行 | 打电话、宽带连接 |
USB
通用串行总线（USB）是一种用于把设备连接到电脑的标准串行接口。
- 优点：一种标准接口适用于多种设备；设备会被自动识别并加载驱动；可以为设备供电和充电；向下兼容。
- 缺点：线缆长度有限（几米）；可能比其他一些连接方式慢；旧版本传输较慢。
关键术语
- 数据包
- 在网络上传输的小数据单元，包含包头、有效载荷和包尾。
- 分组交换
- 各数据包独立发送、各走最佳路线，最后再重组。
- 路由器
- 把数据包导向目的地的设备。
- 串行
- 沿一根导线一次传输一位。
- 全双工
- 数据可以同时在两个方向上传输。
自我检测
说出数据包包头中存储的三项内容。查看答案
目标 IP 地址、发送方 IP 地址和数据包编号。
数据包为什么需要编号？查看答案
数据包可能走不同的路线、乱序到达，编号让它们能按正确顺序重组。
为什么长距离用串行而不用并行？查看答案
并行时不同导线上的位可能先后到达（偏移），导致数据出错。串行一次只发一位，不会出现这种问题，而且线缆更便宜。