专题五 数据编码和常见技术（讲义）-《计算机网络技术与应用》备考讲练测（内蒙古）

专题五 数据编码和常见技术 [考纲要求] 知识要点 了解 理解 掌握 第二章 数据通信基础 数据编码与传输技术 √ 多路复用技术 √ 数据交换技术 √ 差错控制技术 √ [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、数据传输技术 数据按传输信号的特点，分为基带传输、频带传输和宽带传输。 （1）基带传输 直接传输数字信号时，终端设备将数字信号转换为脉冲电信号，该原始电信号固有的频带称为基本频带，简称基带。 基带传输：在信道中直接传送基带信号的传输方式，无需经过调制、解调过程。 基带传输特点：设备花费少，成本较低，但仅适用于较小范围的数据传输。 典型应用场景：计算机与显示器、打印机等外围设备间的信号传输；多数局域网（以太网、令牌环网）的传输方式。 （2）频带传输 频带传输就是发送端利用调制器将数字信号调制成音频信号（模拟信号），进行传输，到达接收端后，再经过解调器解调，将音频信号还原为原来的数字信号。 核心优势：①克服了多数长途电话线路无法直接传输基带信号的缺点；②能实现多路复用，有效提高通信线路的利用率。 （3）宽带传输 宽带就是指比音频带宽更宽的频带，包括大部分的电磁波频谱。 使用这种宽频带进行传输的系统，称为宽带传输系统。可以容纳所有广播，并可以进行高速率的数据传输。 特点：①允许同一信道同时承载数字信息与模拟信息服务；②一个宽带信道可划分为多个逻辑信道，能将声音、图像、数据信息整合到同一物理信道中同步传输，且各信息间不会产生冲突。 数据按传输信道数可分为并行传输与串行传输。 （1）并行传输 传输原理：数据以成组形式在多个并行信道上同时传输。 典型应用场景：广泛用于短距离设备间通信，计算机与打印机等外围设备、CPU 与存储器模块及设备控制器之间的通信。 长距离应用缺陷：①成本高，长距离铺设多条线路比单条线路更昂贵；②同步性差，长距离传输中导线电阻会导致不同信道的比特到达接收端的时间有差异，给接收处理带来麻烦，故无优势。 （2）串行传输 传输原理：数据流以串行方式在一条信道上传输，即所有比特通过同一条线路逐个传送。 设备复杂性：发送设备和接收设备需额外处理比特传输的顺序问题，增加了设备复杂性。 比特顺序要求：发送方需明确比特发送顺序；接收方需知晓收到的第一个比特在目标字节中的位置；若双方在比特顺序上无法达成一致，会导致数据传输错误。 数据按数据传输的方向，可分为单工、半双工和全双工传输。 （1）半工 数据信号只能沿着一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传输的方向。 （2）半双工 数据信号可以沿两个方向传输，但同一时间只允许信号在一个信道上单向传输。因此，半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信。 （3）全双工 数据信号可以同时沿两个方向传输，在发送数据的同时也可以接收数据。 二、多路复用技术 利用一条物理信道同时传输多路信息的技术称为多路复用。 多路复用技术能把多个信号组合在一条物理信道上传输，使多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道的利用率。在远距离传输时，可大大节省电缆的安装、维护等费用。 多路复用技术包括频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用和码分多路复用等。 （1）频分多路复用 频分多路复用（FDMA)是将具有一定带宽的信道分割成若干个有较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。这样，在信道中就可以同时传送多个不同频率的信号。被分开的各个子信道的中心频率互不重合，且各个信道之间留有一定的空闲频带，用于保证数据在各个子信道上的可靠传输。 采用频分多路复用技术，数据在各个子信道上是并行传输的，因为各个子信道相互独立，所以一个信道发生故障时，不会影响其他信道，即独占频段，共享时间。 频分多路复用技术主要用于模拟信道的复用。 （2）时分多路复用 时分多路复用（TDMA)是将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片轮流地给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信号使用。时分多路复用技术实现的条件是，信道能达到的数据传输速率超过各路信号源所要求的数据传输速率。因此，每路信息按照时间分片，轮流交替地使用信道，就可以达到在一条物理信道中同时传输多路信号的目的，即共享频段，独占时间。 时分多路复用技术分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。异步时分多路复用也称为统计时分多路复用（STDMA)技术，是目前计算机网络中广泛应用的多路复用技术。 时分多路复用技术主要用于数字信道的复用。 （3）波分多路复用 波分多路复用（WDMA)主要用于由全光纤网组成的通信系统中。所谓波分多路复用，是指在一根光纤上能够同时传送多个不同波长光载波的复用技术。通过波分多路复用，可使原来在一根光纤上只能传输一个光载波的单一光信道，成为可传输多个不同波长的光载波的光信道，使光纤的传输能力成倍增加。相对于多路复用器，WDMA发送和接收端的设备分别称为分波器和合波器。 波分多路复用技术，实质上是利用了光具有不同波长的特征。除了WDMA，还有光频分多路复用（OFDMA）、光时分多路复用（OTDMA）、光码分多路复用（OCDMA）等。 （4）码分多路复用 码分多路复用（CDMA）是一种用于移动通信系统的新技术，个人数字助理（PDA）以及手提电脑(HPC)等移动计算机的联网通信将会大量使用码分多路复用技术。 码分多路复用技术的原理是基于码型分割信道。每个用户分配有一个地址码，而这些码型互相不重叠，其特点是频率和时间资源均为共享。在频率和时间资源紧缺的情况下，CDMA技术可以很好地解决问题。 三、数据交换技术 数据交换技术通常有4种：电路交换、报文交换、分组交换和信元交换。 1.电路交换 电路交换是指通过网络结点在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。 电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。 2.报文交换 报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。 报文交换采取的是“存储转发”方式，不需要在通信的两个结点之间建立专用的物理线路。 报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。 3.分组交换 分组交换是报文交换的一种改进，属于存储转发交换方式，不是以报文为单位，而以长度受到限制的报文分组为单位进行传输交换的。分组也称为包，分组交换有时也称为包交换。 分组在网络中传输，还可以分为数据报和虚电路两种不同的方式。 4.信元交换 信元交换技术是一种面向连接的交换技术，采用小的固定长度的信息交换单元，语音、视频和数据都可由信元的信息域传输。信元交换技术用于ATM网络。综合吸取分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。 四、差错控制技术 定义：通过技术手段控制数据传输中的错误，提升传输可靠性。 核心机制：发送器为数据帧添加 “错误检验码”，接收器按相同函数计算并对比结果 —— 结果一致则无错，不一致则判定数据帧有误。 检测结果类型：①无错；②检测到错误且无未检测错误；③存在未检测到的错误（需通过优质检测函数尽量避免）。 （1）差错控制编码与控制方式 差错控制编码 类型 核心逻辑 特点 检错法 仅发送 “能检测错误的附加位”，接收端检测到错误后要求重发 仅能 “发现错误”，无法纠正；实现简单，冗余位少 纠错法 发送 “足够附加位”，接收端可检测并纠正大多数错误 能 “自动纠错”，但编码复杂、冗余位多（纠正多位 / 突发错误效率低）；汉明码是常用技术 差错控制方式 反馈纠错：发端用简单编码加监督码元，收端检测到错误后向发端发 “重发请求”，发端重发直至正确；仅能发现错误，需反馈信道。 前向纠错：发端用复杂编码，收端可检测并纠正错误；无需反馈信道、无重发延迟（适合实时传输），但纠错设备复杂。 混合纠错：结合前向纠错（自动纠正少量错误）与反馈纠错（错误严重时请求重发）。 （2）差错控制具体方法 错误检测方法：主流为两类 奇偶校验（Parity）：简单基础的检测方式； CRC 循环冗余校验：实际中常用的高效检测方式。 错误修正方法 发端提供错误修正码，收端自行纠正：修正码长度接近数据位，效率降 50%，极少用； 收端检测到错误后，通知发端重发数据帧：效率高，实际广泛采用。 [高考真题] 串行通信中数据只能单向传输的方式称为（ ） A.单工 B.半双工 C.全双工 D.混合双工 答案：A 频分多路复用的英文缩写是（ ） A.ATM B.FDM C.TDM D. SDM 答案：B [限时练习] 1. 下列关于基带传输的说法，正确的是（ ） A. 需通过调制器将数字信号转为模拟信号传输 B. 直接在信道中传输基带信号，无需调制解调 C. 仅适用于长距离数据传输 D. 典型应用为有线电视信号传输 答案：B 2. 下列多路复用技术中，专门用于光纤通信，通过划分 “光的波长” 实现多信号同时传输的是（ ） A. 频分多路复用（FDM） B. 时分多路复用（TDM） C. 波分多路复用（WDM） D. 码分多路复用（CDM） 答案：C 3. 数据交换技术中，需在通信双方之间建立一条独占物理信道，且适用于实时语音通信的是（ ） A. 电路交换 B. 报文交换 C. 分组交换 D. 存储转发交换 答案：A 4. 差错控制技术中，“仅发送能检测错误的附加位，接收端检测到错误后要求重发” 的方法是（ ） A. 纠错法 B. 检错法 C. 前向纠错 D. 混合纠错 答案：B 5. 下列关于串行传输与并行传输的说法，错误的是（ ） A. 串行传输在一条信道上逐个传送比特，适合长距离传输 B. 并行传输在多个信道上同时传输多比特，适合短距离传输 C. 计算机与打印机的连接通常采用并行传输 D. 串行传输的传输速率一定高于并行传输 答案：D 6. 多路复用技术中，按 “时间时隙” 划分信道，多个信号轮流占用时隙传输的是（ ） A. FDM B. TDM C. WDM D. CDM 答案：B 7.数据交换技术中，将数据分割为多个 “分组”，每个分组独立选择路径传输的是（ ） A. 电路交换 B. 报文交换 C. 分组交换 D. 以上都不是 答案：C 8.差错控制中，常用于检测错误的方法是（ ） A. 汉明码 B. 反馈纠错 C. CRC 循环冗余校验 D. 前向纠错 答案：C 9.下列传输技术中，“数据以成组方式在多个并行信道上同时传输，每个比特用一条单独线路” 的是（ ） A. 串行传输 B. 并行传输 C. 基带传输 D. 频带传输 答案：B 10. 多路复用技术中，多个信号在 “同一时间、同一频率” 传输，通过 “独特编码序列” 区分的是（ ） A. FDM B. TDM C. WDM D. CDM 答案：D 11. 请简述电路交换、报文交换、分组交换三种数据交换技术的核心特点及适用场景。 答案： 电路交换： 核心特点：通信前需建立独占物理信道，信道建立后直接传输数据，无存储转发过程，延迟低、无数据丢失；通信结束后释放信道，信道利用率低。 适用场景：实时性要求高的通信，如传统语音电话、视频会议。 报文交换： 核心特点：无需建立独占信道，将完整数据（报文）存储在中间节点，再根据目标地址转发；信道利用率高，但报文体积大，转发延迟高，易丢失或出错。 适用场景：非实时、数据量小的通信，如早期电子邮件、低速数据传输。 分组交换： 核心特点：将数据拆分为小体积 “分组”，每个分组携带地址信息，独立存储转发、选择路径；信道利用率高，延迟低于报文交换，灵活性强。 适用场景：互联网等非实时但对灵活性、利用率要求高的场景，如网页浏览、文件下载、微信消息传输。 12.请列举四种常见的多路复用技术，并分别说明其划分信道的依据。 答案： 频分多路复用（FDM）：按 “频率范围” 划分信道，将总带宽分割为多个互不重叠的频段，每个信号独占一个频段。 时分多路复用（TDM）：按 “时间时隙” 划分信道，将传输时间分割为多个固定时隙，不同信号轮流占用时隙传输。 波分多路复用（WDM）：划分依据：按 “光的波长” 划分信道，将光纤的宽频带分割为多个波长，每个波长对应一个信号。 码分多路复用（CDM）：按 “独特编码序列” 划分信道，多个信号在同一时间、同一频率传输，通过专属编码区分。 [归纳小结] 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $