专题七 数据通信（二） （讲义）-《计算机网络技术》（高教版第四版）高考备考讲练测（吉林省）

数据通信（二） [考纲要求] 考试内容： 数据传输方式（基带传输、频带传输、宽带传输）；数据交换技术（电路交换、报文交换、分组交换、信元交换）； 知识点要求： 3．了解基带传输、频带传输原理、宽带传输与基带传输的区别。 4．了解电路交换、报文交换、分组交换、信元交换原理。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 数据传输方式 按照数据在传输线上是原样不变地传输还是调制变样后再传输，数据传输方式可分为 基带传输、频带传输和宽带传输等。 基带传输 在数字信道上，直接传送基带信号的方法，称为基带传输。 在基带传输中，发送端将计算机中的二进制数据(非归零编码)经编码器变换为适合在信道上传输的基带信号；在接收端，由解码器将收到的基带信号恢复成与发送端相同的数据。在基带传输中，数字信号通常以矩形脉冲的形式表示，这些脉冲在时间轴上占据一个位周期，并在一个周期内保持高电平或低电平。 基带传输的特点： 直接传输：基带传输直接将数字信号发送到传输介质，不经过调制过程。 低频信号：基带信号包含的频率成分较低，通常在0到几千赫兹的范围内。 脉冲编码：为了适应传输介质，基带信号需要经过编码，如非归零编码（NRZ）、曼彻斯特编码等。 带宽限制：基带传输的带宽受限于传输介质的物理特性，例如双绞线的带宽通常低于同轴电缆或光纤。 传输距离：基带信号随着传输距离的增加会衰减，因此基带传输通常适用于较短的距离。 噪声敏感：基带传输容易受到噪声和干扰的影响，特别是在较长距离的传输中。 基带传输是一种最基本的数据传输方式， 一般用在较近距离的数据通信中。 频带传输 频带传输（Frequency-division Multiplexing，FDM）是一种将多个信号通过不同的频率范围在同一个物理传输介质上进行传输的技术。在频带传输中，原始的信号（如语音、数据等）会经过调制（调幅、调频或调相）过程，转换成不同的频率范围，然后这些不同的频率范围被合并在一起，通过同一传输介质发送出去。接收端则通过解调过程将不同频率的信号分离出来，恢复成原始信号。 频带传输的特点： 多路复用：频带传输允许在同一个物理介质上传输多个信号，提高了传输介质的利用率。 调制解调：发送端将原始信号转换为不同的频率范围，接收端则将这些频率范围转换回原始信号。 频率范围：调制后的信号通常包含较高的频率范围，适合长距离传输。 传输距离：频带传输的信号衰减较小，因此适用于长距离传输。 噪声敏感：虽然频带传输的信号衰减小，但仍然容易受到噪声和干扰的影响。 常用的频带调制方式 频率调制、相位调制、幅度调制和调幅加调相的混合调制方式。 频带传输是数据传输中的一种重要技术，它能够提高传输介质的利用率，适用于长距离传输。 宽带传输 计算机局域网采用的数据传输系统有基带传输和宽带传输两种方式，基带传输和宽带传输的主要区别在于数据传输速率不同。 宽带传输（Broadband Transmission）是一种数据传输方式，它指的是通过调制将原始信号转换到较高的频率范围内，然后通过传输介质进行传输的技术。在宽带传输中，信号的频率范围较宽，可以同时传输多种不同类型的数据。 数据交换技术 数据交换技术是指在计算机网络中，将数据从一个设备传输到另一个设备的方法和协议。这些技术确保数据能够高效、可靠地在网络中传输，并且可以满足不同应用场景的需求。常见的数据交换技术有电路交换、报文交换、分组交换和信元交换。 电路交换 电路交换（Circuit Switching）是一种传统的通信技术，在通信过程中为数据传输建立一条专用的物理连接，直到通信结束才释放连接。这个路径在整个通信过程中是专用的，即使通信双方没有实际传输数据。 通信过程可分为三个阶段：电路建立阶段、数据传输阶段和拆除电路连接阶段。 电路交换的特点： 1 交换设备：节点由电子或电子机械交换设备组成，负责建立和维护通信路径，但不处理传输信息。 2 物理连接：通信开始前，需要建立两个工作站之间的物理连接。 3 通道专有性：连接期间，通道是专用的，但线路利用率较低。 4 传输延时：除了链路上的传输延时，每个节点的延时非常小。 5 数据传输速率：整个链路上有一致的数据传输速率，连接两端的计算机必须同时工作。 优点： 实时性：数据传输速度快，延迟低。 质量保证：适合对通信质量要求高的场景，如电话通话。 简单性：技术原理简单，易于实现。 缺点： 资源浪费：连接建立后，即使没有数据传输，也占用资源。 成本高昂：运营成本高，需要维护大量专用连接。 灵活性差：无法动态调整连接，不适合突发性通信。 扩展性差：难以快速增加新的通信路径。 技术局限：无法满足现代高速数据通信的需求。 报文交换 报文交换（Message Switching）是一种数据交换技术，采用采取的是“存储—转发”，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。将整个消息（报文）作为一个整体传输，而不是将消息分割成更小的数据包或帧。每个报文包括头部和数据部分，头部包含了控制信息，如目的地址、源地址、路由信息等，而数据部分则是实际需要传输的信息。 报文交换工作原理： 报文交换的过程包括报文的分割、存储转发、路径选择和报文重组。 1 消息分割：首先，发送方将整个消息分割成多个报文，每个报文都包含足够的控制信息，以便于在网络中传输。 2 存储转发：每个报文在传输过程中，会在网络中的每个节点进行存储和转发。每个节点根据报文头部的信息，决定下一个转发节点。 3 路径选择：报文交换网络中的节点根据网络状况和报文头部的信息，选择最佳路径进行传输。 4 报文重组：报文在到达目的地后，接收方根据报文头部的信息，将所有报文重新组装成原始消息。 报文交换方式与电路交换相比，具有如下优点： 1 线路利用率较高。 2 接收方和发送方无须同时工作。 3 可同时向多个目的站发送同一报文。 4 能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。 5 报文交换网络能进行速度和代码转换。 优点： 简单性：技术原理简单，易于实现。 端到端路径：每个报文包含完整的路径信息，可以直接传输到目的地。 无需建立连接：与电路交换不同，报文交换不需要在通信前建立连接。 缺点： 时延：时延较长，每个节点都需要处理整个报文。 网络拥塞：可能导致网络拥塞，传输延迟或失败。 报文大小限制：报文大小可能受到网络节点处理能力的限制。 资源浪费：网络资源可能因等待而浪费。 安全性问题：报文可能在网络中存储和转发，增加安全风险。 分组交换 分组交换(Packet Exchanging) 也属于“存储—转发”交换方式，但不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组 (Packet)为单位进行传输交换。 分组的最大长度一般规定为一千到数千比特，每个分组独立传输，并在到达目的地后重新组装成原始数据。 在进行分组交换时，发送节点首先将传送的信息分割成多个较小的数据块，即分组。每个分组的数据长度可能不同，但都必须小于规定的最大长度。此外，每个分组都会被赋予一个唯一的编号，并附加上源地址、目的地址以及必要的头部和尾部控制信息。这个过程称为信息打包，是分组交换中确保数据正确传输的重要步骤。 分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。 数据报 数据报（Datagram）是分组交换网络中的一种数据单元，它包含了一部分原始数据、控制信息和地址信息。数据报的特点是独立传输，每个数据报都有独立的路径，并且可以在网络中以不同的顺序到达目的地。 数据报的工作原理： 数据报的工作原理包括报文的分割、独立传输、存储转发、地址和控制信息以及到达目的地后的数据组装。 1 报文分割：发送方将需要传输的数据分割成多个较小的数据块，即报文。每个报文包含部分原始数据和必要的控制信息。 2 独立传输：每个报文在网络中独立传输，不需要预先建立连接。它们可以沿着不同的路径到达目的地。 3 存储转发：报文在传输过程中可能在网络节点中存储，直到整个报文被发送到目的地。每个节点根据报文头部的信息选择最佳路径进行转发。 4 地址和控制信息：每个报文包含头部和尾部，头部包含了控制信息，如源地址、目的地址、分组编号等，尾部可能包含校验和或其他控制信息。 5 到达目的地：报文在到达目的地后，接收方根据报文头部的信息，将所有报文重新组装成原始数据。 数据报传输分组交换方式的优点是：对于短报文数据，通信传输速率比较高，对网络故障的适应能力强；而它的缺点是传输时延较大，时延离散度大。 虚电路 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前，需要通过通信网络建立逻辑上的连接。 虚电路工作原理： 1 建立连接：在通信开始之前，发送方和接收方通过控制信息建立一个逻辑连接，这个连接在网络中预先定义。 2 传输顺序：在通信过程中，数据分组沿着预先建立的逻辑连接传输，不会改变路径。这确保了数据分组的传输顺序。 3 路径稳定性：虚电路在通信过程中保持不变，因此数据分组可以沿着同一路径传输，不需要重新选择路径。 4 资源预分配：虚电路在通信开始前就分配了网络资源，这有助于保证通信的可靠性。 5 面向连接：虚电路技术提供了面向连接的服务，类似于电路交换，但不需要物理连接。 6 释放连接：通信结束后，发送方和接收方通过控制信息释放逻辑连接，以便其他通信请求可以使用网络资源。 虚电路传输分组交换的优点是：对数据量较大的通信传输速率高，分组传输延时短，且不容易产生数据分组丢失。缺点是：对网络的依赖性较大。 信元交换技术 信元交换技术是指异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM),它是 一 种面向 连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元(信元),话音、视频和数据都可 由信元的信息域传输。 信元交换的工作原理： 1 建立连接：在通信开始前，发送方和接收方通过控制信息建立一个逻辑连接。 2 传输信元：在通信过程中，数据被分割成固定长度的信元，每个信元包含53个字节，其中48个字节用于数据传输，5个字节用于控制信息。 3 路径稳定性：在通信过程中，信元沿着预先建立的逻辑连接传输，不会改变路径。 4 释放连接：通信结束后，发送方和接收方通过控制信息释放逻辑连接。 ATM 模型分为三个功能层：ATM 物理层、ATM 层和ATM 适配层。 ATM物理层： 负责在ATM网络的物理媒介上传输信号。 定义了用于在光纤、铜线或其他传输介质上传输ATM信元的物理规范。 包括信号编码、传输介质特性、连接器类型和信号速率等。 ATM层： 负责ATM网络的核心功能，包括信元的传输和交换。 定义了信元的格式、信元头的结构以及用于建立、维护和释放虚拟电路的协议。 包括信元交换、信元定界、信元控制和错误处理等功能。 ATM适配层： 位于ATM层之上，用于连接ATM网络与上层的网络协议，如IP、MPLS等。 提供了与不同网络协议的接口，允许它们在ATM网络中传输数据。 包括适配协议和适配接口，用于封装和解析不同网络协议的数据。 信元交换技术的优点在于低延迟、高效多路复用和QoS保证，缺点是网络复杂性高、对硬件依赖性强和部署成本高。 [限时练习] 1.在数据传输中，以下（ ）传输方式是直接将数字信号通过传输介质发送，不经过频率转换。 A. 基带传输 B. 频带传输 C. 宽带传输 D. 窄带传输 【答案】A 【解析】基带传输是指直接传输原始的数字信号，不经过频率转换。 2. 在数据交换技术中，（ ）是数据分割成固定大小的数据包，并在网络中独立传输。 A. 电路交换 B. 报文交换 C. 分组交换 D. 信元交换 【答案】C 【解析】分组交换是指数据分割成固定大小的数据包，并在网络中独立传输。 3. 在数据传输方式中，（ ）是信号的频率范围较宽，可以同时传输多种不同类型的数据。 A. 基带传输 B. 频带传输 C. 宽带传输 D. 窄带传输 【答案】C 【解析】宽带传输是指信号的频率范围较宽，可以同时传输多种不同类型的数据。 4.基带传输中，信号的频率范围较低，适合短距离通信。（ ） 【答案】正确 【解析】基带传输中，信号的频率范围较低，适合短距离通信。 5. 分组交换中，每个分组都包含完整的路径信息，可以直接传输到目的地。（ ） 【答案】正确 【解析】分组交换中，每个分组都包含完整的路径信息，可以直接传输到目的地。 6.宽带传输的信号衰减较大。（ ） 【答案】错误 【解析】宽带传输的信号衰减较小。 7. 在数据传输方式中，直接传输原始的数字信号，不经过频率转换的是_____传输。 【答案】基带 8. 在数据交换技术中，数据分割成固定大小的数据包，并在网络中独立传输的是_____交换。 【答案】分组 9. 在数据传输方式中，信号的频率范围较宽，可以同时传输多种不同类型的数据的是_____传输。 【答案】宽带 10. 在数据交换技术中，通信开始前建立一条专用的物理连接，通信过程中这条连接一直保持打开状态，直到通信结束的是_____交换。 【答案】电路 11.基带传输。 【答案】基带传输是指直接传输原始的数字信号，不经过频率转换。。 12.分组交换。 【答案】数据分割成固定大小的数据包，并在网络中独立传输。 [归纳小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$