专题二 数据通信基础（讲义）-《计算机网络基础》（河北科学技术出版社）高考备考讲练测（河北省）

专题二 数据通信基础（讲义） ---《计算机网络基础》专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解模拟信号与数字信号 2. 熟悉基带信号、频带信号和宽带信号 3. 熟悉数据通信系统的组成 4. 理解单工、半双工、全双工通信 5. 理解采样、量化、编码等各个步骤完成实际操作 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一：数据通信相关概念 1. 模拟信号：代表信息的参数的取值是连续的，是一种连续变化的电信号； 2. 数字信号：代表信息的参数的取值是离散的，是一种非连续变化的电信号，其波形为不连续的曲线； 3. 基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到传输线路上。 4. 频带信号：将基带信号进行调制后变成模拟信号再送入传输介质。 5. 宽带信号：宽带信号也是一种模拟信号，借助于频带信号，将链路容量分解为两个或多个信道，每个信道可以携带不同的频带信号。 二：数据通信系统模型 数据通信系统的组成：数据终端设备（DTE）、数据通信设备（DCE）和传输信道； 1.数据终端设备（DTE）: 充当信源和信宿的设备通常为数据终端设备。可能是大、中、小型计算机，PC，也可以是一台只能接收数据 的打印机。 2.数据通信设备（DCE）：功能是要完成数据信号的变换。如果DTE发出的数据信号不适合当前信道传输，DCE要把原始数据信号变成适合信道传输的信号。主要包括调制解调器、数字编码解码器等。 3.传输信道：也叫通信信道。由传输介质和相关的电子设备或光学设备组成。常见的传输介质可以是铜线、同轴电缆、双绞线、光纤等。通信信道可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。 三：通信的基本方式 1. 单工通信：单工通信是指能通信双方传送的数据是一个方向，不能反方向传送，根据信息的流向可以确定发送端和接收端，数据只能从发送端到数据端。 2. 半双工通信：半双工通信是指通信双方传送的数据可以双向传输，但不能同时进行。发送和接收共用一个数据通路，若要改变数据的传输方向，需要利用开关进行切换； 3.全双工通信：允许数据同时在两个方向上的传输,即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息。 三种通信方式的比较如下： 通信方式 传输方向 信道个数 收\发方限制 应用 单工 固定单向 1 一方只能发送,另一方只能接收 广播、电视 半双工 限时双向 1 通信双方在不同时刻可分别发送或接收信息 对讲机等 全双工 双向 2 通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息 计算机之间 四：通信系统的编码过程 脉码调制技术（PCM）：最初用于将电话模拟信号转换为数字信号；转换的过程包括： 1.采样；2.量化；3.编码； 五：同步技术 1. 同步技术 （1） 同步传输：同步传输以数据块为传输单位，以稳定的比特流的形式传输，字节之间没有间隔 。 （2） 异步传输：是计算机中常用的同步方式；以字节/信元为独立的传输单位,字节之间的时间间隔不是固定的，即发送方可以在任何时刻发送数据，接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步;所以要在每个字节前后分别加上起始位和结束位; 即“字符内同步,字符间异步”。 2. 多路复用技术 复用是将单一频带资源划分成很多子信道，这些子信道之间相互独立，互不干扰。 (1)频分多路复用（FDM） 按频率划分信号的方法，适用于模拟信号。如电话系统。 (2)时分多路复用（TDM） 将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TMD帧)。用户在每一个TMD帧中占用固定序号的时隙。每一个时隙是周期性出现。 (3)波分多路复用（WDM） 原理同频分多路复用相似。主要用于光纤通信。是利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号。 (4)统计时分多路复用(STDM) 将所需传输的信息分成小块，附加标记。按时分的方式来共享信道，传输信息的时候可以不按顺序传递；接收到信息后，根据标记进行分类，然后再把标记去掉。 六：数据交换技术 1. 电路交换：电路交换也叫线路交换, 是一种直接交换方式，源于电话交换网。 电路交换是典型的线路交换方式。 电路交换的三个步骤：①线路连接；②线路连接；③释放连接； 2. 报文交换：以报文为单位发送信息。整个报文作为一个整体一起发送。报文就是计算机一次性要发送的数据块。 3. 分组交换：分组交换（Packet Switching）又称为包交换，是报文交换技术的改进，用户的数据被划分成若干个长度较短的分组（packet），这些分组被称为“包”。以分组为单位进行暂存、处理和转发。 （1） 数据报：在本方式中，每个数据分组又称为数据报。不需要事先确定传输路径，是一种无连接服务； （2） 虚电路：虚电路方式是将数据报方式与电路交换方式结合起来。虚电路方式建立的通路不是一条专用的物理线路，而只是一条逻辑路径，因此被称为“虚电路”。 4. 快速分组交换 （1）帧中继FR交换：帧中继技术是在OSI第二层上用简化的交换数据单元的一种技术。帧中继交换是属于快速分组交换的一种交换技术。典型应用是LAN互联和X.25网络互联。 （2）ATM信元交换：ATM是异步传输模式的简称，结合了分组交换和线路交换的特点。 七：差错控制技术 检错技术 1. 垂直冗余校验（VRC）： 垂直冗余校验（VRC），也称奇偶校验，是一种最简单、最基本的检错方法，奇偶校验码由n-1位信息元和1位校验元组成，其中n-1位信息元就是要发送的数据，使分组中包括冗余位在内的数据码元中“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。 2. 检验和：是一种相对简单的冗余检错方法，是使用求和算法的一种差错检测机制；将发送的信息数据相加，产生一个称为校验和的检错字符，该检验和附加到信息的末尾发送到接收端，接收端对收到的信息做相同的求和操作，确定检验和，将其与附加在信息上的检验和相比较。若相同，则表明传输正确，否则说明传输出错。 3. 纵向冗余校验（LRC）：是使用奇偶校验确定信息内是否出现传输错误的冗余检错方法。将发送信息中每个字符的相同位进行异或，计算出LRC位，在发送时，将LRC作为冗余字符附加到信息的末尾。在接收时，重新计算LRC位后，与附加在信息末尾的LRC进行比较，若不同，则说明传输中有错误。 4. 循环冗余校验码（CRC）：将要传送的信息表示为一个多项式M(x)，用M(x)除以一个预先确定的多项式C(x)，得到的余式就是所需要的循环冗余校验码。发送时，将信息码和冗余码一同传送至接收端。接收方先对传送来的信息码字用发送时的同一多项式去除，若能除尽（余数为0）表明传输正确，否则表示传输出错。 [限时练习] 1.通常把没有经过调制的原始信号称为（ ）。 A．基带信号 B．宽带信号 C．频带信号 D．带通信号 【答案】A 【解析】基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。原始的、没有经过调制的数字信号称为基带信号。宽带信号是将基带信号进行调制后的频分复用模拟信号。 2.影响信道的最大传输速率的因素主要有信道带宽和（ ）。 A．频率特性 B．相位特性 C．信噪比 D．噪声功率 【答案】C 【解析】根据香农公式可知，信道的极限信息传输速率 C＝Wlog2（1＋S／N）。其中 W 为信道的带宽，S 为信道内所传信号的平均功率，N 为信道内部的高斯噪声功率。香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。 3.数据传输速率是描述数据传输系统的重要指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据信 息的二进制（ ）。 A．比特数 B．字符数 C．帧数 D．分组数 【答案】A 【解析】数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。它指的是每秒钟所能传输的二进制信息的比特数，单位是比特／秒，记为 b／s 或者 bps。 4.半双工传输支持的数据流的传输特点是（ ）。 A．一个方向 B．同时在两个方向上 C．两个方向，但每一时刻仅可以在一个方向上有数据流 D．数据流没有方向性 【答案】C 【解析】半双工传输是通信双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。 5.数据报方式的主要特点不包括（ ）。 A．同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网 B．每个报文分组在传输过程中都可以只带有目的地址 C．同一报文的不同分组到达目的结点时可能会出现乱序、丢失现象 D．在每次数据传输前必须在发送方与接收方间建立一条逻辑连接 【答案】D 【解析】虚电路方式才需要在发送方和接收方间建立一条逻辑连接。 6.下列选项中，不属于虚电路的特点的是（ ） A．分组按同一路由 B．顺序到达 C．分组开销少 D．支持广播 【答案】D 【解析】虚电路是面向连接的（不支持广播）。 7.下列关于数据通信系统中 “模拟信号” 与 “数字信号” 的说法，正确的是（ ）​ A. 模拟信号是离散的电压变化，数字信号是连续的电压变化​ B. 电话网络传输的语音信号属于数字信号​ C. 数字信号抗干扰能力更强，传输过程中失真后更易恢复​ D. 计算机内部数据传输使用模拟信号，外部网络传输使用数字信号 【答案】C 【解析】数字信号仅用高低电平表示信息，受干扰后只要未超出 “0/1 判别阈值”，即可通过再生电路恢复原始信号，抗干扰能力远强于模拟信号。 8.基带传输直接传输原始数字信号（如高低电平），信号包含直流分量，因此不适用于远距离传输；频带传输通过调制将信号加载到高频载波，可实现远距离传输。（ ） 【答案】√ 【解析】基带传输的原始数字信号含直流分量，直流信号在传输介质中衰减快，且易受干扰，仅适用于短距离；频带传输通过调制将信号转换为高频模拟信号，高频信号在介质中衰减慢，且可通过中继器放大，适用于远距离。 9.异步传输以 “字符” 为单位，每个字符前加 1 位起始位、后加 1-2 位停止位，额外开销较大。（ ） 【答案】√ 【解析】异步传输的起始位和停止位为每个字符增加了额外开销，传输效率低。 10. 分组交换将数据拆分为多个分组，每个分组包含目标地址，不同分组可通过不同路径转发，因此所有分组到达目标节点的顺序一定与发送顺序一致。（ ） 【答案】× 【解析】分组交换中，不同分组可能因路径长度、转发延迟不同，导致到达目标节点的顺序与发送顺序不一致（如先发的分组走了拥堵路径，后发的分组走了畅通路径）。 11.通信信道按传输信号的类型可划分为___________信道和___________信道。 【答案】模拟 ; 数字 【解析】按传输信号的类型分为模拟信道和数字信道。 12.数据交换技术中，______交换是分组交换的特殊形式，将数据拆分为固定长度的信元。 【答案】信元 【解析】信元交换的核心是 “固定长度分组”，信元长度固定，如 ATM 信元为 53 字节。 [内容小结] 1：本章节的内容是关于数据通信的一些基本概念，这些概念比较多，在学习时可以利用思维导图进行梳理总结。 2：本章节的重点在于数据通信系统概述、同步技术与多路复用技术的相关基本概念，如通信系统的组成，通信的基本方式、同步技术、多路复用技术等内容。 3：本节的难点在于对通信基本方式、同步技术的理解，特别是同步传输、异步传输的区分与应用。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $