考点7 多路复用技术、数据交换技术与差错控制技术《计算机网络技术与应用》内蒙古（对口招生）计算机类 知识点讲解

内蒙古自治区（计算机类）对口招生 《计算机网络技术与应用》复习讲义 模块 2 数据通信基础 考点 7 多路复用技术、数据交换技术与差错控制技术 【考纲要求】 1. 掌握多路复用技术； 2. 掌握数据交换技术； 3. 理解差错控制技术。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、多路复用技术 1. 多路复用技术概述 多路复用技术是指在同一条通信线路上同时传送多路信号的技术。电信线路是构成电信网的重要基础设施，在整个电信网投资中占比很大；采用多路复用能提高线路的传输本领、拓展容量、挖掘潜力并降低成本。 多路复用的基本原理是：各路信号在进入同一条有线或无线传输介质之前，先用调制技术把它们调制成彼此不会混淆的已调制信号，接着送入传输介质传往对方；对方再用解调（反调制）技术把这些信号区分开来，再把它们还原为原先的信号，多路复用的目的便得以实现。 2. 频分、时分与波分多路复用 常见的有频分、时分与波分三种多路复用技术。 频分多路复用把各路信号分别调制到不同频段上传输，多用于模拟通信；时分多路复用则借助时间上离散的脉冲，把多路信号组成互不重叠的形式，广泛用于数字通信。波分多路复用技术面向光纤通信，做法是把波长各异的光波按固定间隔排列起来，在同一根光纤中传送。与时分、频分复用面向电信号不同，波分复用直接在光波频率范围内划分信道，因而特别适合大容量的干线传输。随着光纤与波分复用技术的发展，一根光纤已能开通几十万路电话，容量仍在持续提高。 二、数据交换技术 最简单的数据通信是在两个互联设备之间直接进行。但让网络中所有设备两两直连并不现实，会造成介质与设备花费过大。出于成本考虑，当用户较多且距离较远时，通常要经过中间节点把数据从信源逐点传向信宿。中间节点仅充当交换设备，负责把数据从一站转发到下一站，最终送达接收端，并不处理所经数据的内容；这种在各节点间传输数据的过程就称为数据交换。 常用的数据交换技术有电路交换与存储转发交换两大类，后者再分为报文交换和分组交换。电路交换面向连接、实时性强；报文交换与分组交换则都以存储转发为基础，后者进一步把数据切成小分组传送。三者的差别主要在于是否预先建立专用通路，以及数据在中间节点是否需要先存储再转发。 1. 电路交换 电路交换要在两个站点之间经过通信子网的节点建立一条专用线路，这些节点多是机电与电子技术构成的交换设备（如程控交换机），也就是说通信双方之间要存在实际的物理连接，典型示例是两台电话经公共电话网互联通话。它实现数据通信要经过三步：先建立连接，即在站点之间架起端到端线路；再传输数据，数字数据与模拟数据皆可；最后拆除连接，一般在数据传输结束后由两站点之一终止。 电路交换的优点是实时性好，但把它用于计算机或远程终端的数据传输时会出现若干问题。首先是建立连接的呼叫时间远长于数据传输时间，因为建立连接涉及一系列硬件开关动作；若某段线路已被别的站点占用，或因物理断路而中断，还会导致连接失败而需重呼。其次是带宽利用率低。站点一旦建立连接便独自占用整条线路，而计算机通信中真正用于传数据的时间通常不足10%，甚至只有1%。最后是不同计算机与远程终端的速率不同，必须采取措施才能实现通信，例如不把终端与计算机直接连通，而是设置数据缓存器等。 2. 报文交换 报文交换依靠通信子网中各节点的存储转发来传送数据，无需在两个站点之间建立专用线路。其中传输数据的逻辑单元叫报文，长度一般不受限制。发信站点通常把接收站点的地址附加在报文上一并发出；每个中间节点收到报文后先暂存，再依据地址选择线路把它传到下一个节点，直至目的站点。实现报文交换的节点通常是一台计算机，需有足够存储容量缓存报文。 报文交换的突出优点是线路利用率高，多个报文能分时共用节点间的一条通道；另外，它还便于把同一个报文同时送抵多个目的站点。其缺点是报文传输延迟偏长，并随报文长度而变，难以满足实时或交互式通信的需要，既不能用来传送声音，也不适于远程终端同计算机之间的交互式通信。 3. 分组交换 分组交换的核心思想有三点：数据分组、路由选择与存储转发。它类似报文交换，不过对每次传输的数据单位长度有限制，典型最大值为数千位；超过这一长度的数据要切成若干等长小单位，即分组。从通信站点的角度看，每次只能发送其中一个分组。 各站点把要传送的大块数据分成若干等长且较小的分组后顺序发送。通信子网中的各节点按一定算法建立路由表，各目标站点分别对应下一个应发往的节点；节点还负责把收到的分组存入缓存区，再依据路由表确定分组下一步应发往哪个节点，在线路空闲时转发，如此类推直到分组抵达目的站点。 由于分组交换在各通信路段上传送的分组不大，只需很短的传输时间，通常仅毫秒数量级，因而延迟很小，非常适于远程终端与计算机之间的交互式通信，还有利于多条线路的分时复用。它还采取了错误检测措施，可以保证很高的可靠性；在线路误码率一定的情况下，较小的分组还可降低重传出错分组的开销。与电路交换相比，它对用户的好处是费用低。 按通信子网内部机制的不同，分组交换子网又分为面向连接与无连接两类。前者要求建立虚电路，两台主机之间建立虚电路后，分组只按虚电路号传送，不必给出每个分组的显式目标地址，也不必单独寻址，连接关闭时虚电路随即撤销；后者不预先建链，数据报分组自身带有目标地址，传输时需逐一寻址。 分组交换灵活性强，可有连接也可无连接地通信，且能充分利用线路，所以现有公共数据交换网均采用它。局域网同样如此，只是其源站到目的站只有一条线路，用不上公用数据网里的路由选择与交换功能，因而局域网的交换设备无需具备那样复杂的转发表与选路能力。 三、差错控制技术 计算机网络本应高速而无差错地传输数据，可惜这种理想状态几乎无法实现。网络结构复杂，其组成部分与运行中的各种问题都会导致传输出错。例如数字通信中，发送端发出的数据信号帧经网络传到接收端后，可能因信号衰减、相邻线路干扰、各类自然现象等出现错误位。因此，如何发现并纠正传输中的差错就必须解决。差错控制技术即采取合适的技术手段控制传输错误，尽可能提高传输的可靠性。 1. 差错控制编码：检错码与纠错码 差错控制编码是实现差错控制的编码，也是差错控制的核心。按功能不同，差错控制编码有检错码与纠错码两类。检错码只发送足以让收端判明有错的附加位，收端一旦发现错误便要求重发数据，但它仅能判明出错，无法加以改正。纠错码则发送足够多的附加位，使收端有很大把握检出并改正大部分错误。 错误的纠正方法有两种：一是接收端发现错误后要求发送端重发整个数据单元；二是直接采用纠错码，自动纠正已发生的错误。理论上纠错码可纠正任何二进制编码错误，但它比检错码复杂得多，冗余位需要很多。传输中发生的错误有单位错误、多位错误和突发错误三种；纠正后两种需要很大的位数、效率低下，故多数纠错技术只局限于一位、两位或三位的错误。目前汉明码是一种常用的纠错编码技术。 2. 纠错码法与检错码法的比较 纠错码法虽可自行发现并改正传输差错，却实现复杂、成本高又费时，一般通信场合不宜采用。检错码法要靠重传机制纠错，但原理浅显、容易实现，编解码速度快，是目前网络中应用最广的差错控制编码。二者各有取舍：追求可靠性而不计代价时可选纠错码，追求简单高效时则选检错码。 3. 差错控制方式的分类 差错控制方式大致可分两类：反馈纠错与前向纠错；二者结合又派生出第三类，即混合纠错。三种方式的差别在于纠错究竟由发送端配合完成，还是由接收端独立完成，抑或二者结合——这决定了纠错所需的信道条件与设备复杂度各不相同。 （1）反馈纠错中，发送端用一种较简单的编码方法对所传信息编码，这种编码能发现一定程度的传输差错，并加入少量监督码元；接收端按编码规则检查收到的编码信号，一旦检测出错码便向发端回送询问信号、请求重发；发端收到询问后立即把出错的那部分信息重发一遍，直到收端正确接收为止。这里所说的发现差错，只是知道若干接收码元里有一处或几处出错，未必能确定错在哪个位置。该技术原理与设备都比较简单，但数据传输效率偏低，计算机网络通信中多采用这种方式进行差错控制；由于重发要占用额外时间，它更适合对实时性要求不高的数据传输。 （2）前向纠错由发端选用较复杂的编码，使收端收到的信元不仅可检出、还能改正错误。它不需要反馈信道，也不必反复重发而延误时间，对实时传输有利，但纠错设备较复杂。它已被广泛用于卫星通信网络、移动通信网络中；在这些场合，传输距离远、重传代价高，让收端自行改错显然更为合算。 （3）混合纠错的含义是：少量差错由收端自行改正；一旦差错较多、超出自行改正的能力，就向发端发出询问信号请求重发。可见它是前向纠错与反馈纠错两种方式的结合，兼顾了实时性与纠错能力，因而在既要保证传输质量、又不宜频繁重传的场合较为适用。 4. 常用检错码与奇偶校验的原理 目前常用的检错码主要有两种：奇偶校验和 CRC 循环冗余校验。奇偶校验是差错检测中最基本的方法，做法是给原始数据字节增补一个附加位，位置可在最高位或最低位，使结果里“1”的数目为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）；收端收到数据后重新统计数据位中“1”的数目，再借奇偶校验位判断数据有无出错。 以字符 M 为例，其 ASCII 二进制代码是 1001101，若采用奇校验，可在其后加校验位“1”得到 10011011，此时“1”的个数为奇数；若采用偶校验，则加校验位“0”得到 10011010，“1”的个数为偶数。它实现简单，但只能查出单个比特出错的情形；若同时有两个以上比特出错，这种方法便失去作用。 CRC 循环冗余校验是数据通信中较复杂的一种校验方法，因功能强而应用广泛。它把所传数据除以一个预先设定的除数，由余数得出校验码并附在发送数据末尾，该校验码即循环冗余校验码（CRC 码），从而使实际传输的数据能被该除数整除。数据传到接收端后，收端用同一除数去除收到的数据：余数为 0 说明传输正确，否则即出现差错。 【真题】 2022年真题｜单选题第42题 局域网中的以太网通常用的是（ ） A. 分组交换技术 B. 电路交换技术 C. 报文交换技术 D. 分组交换与电路交换结合技术 【答案】A 【解析】以太网是局域网的典型技术，它把数据分割成小的分组后传送，采用分组交换技术。电路交换适用于电话网，报文交换适用于早期的数据网络，二者都不是以太网所采用的方式。 2022年真题｜填空题第132题 频分多路复用的缩写是________。 【答案】FDM 【解析】频分多路复用（Frequency Division Multiplexing）缩写为 FDM，它把各路信号分别调制到不同频段上传输，多用于模拟通信。时分多路复用的缩写是 TDM。 2023年真题｜第26题 局域网中的以太网通常用的是（ ） A. 分组交换技术 B. 电路交换技术 C. 报文交换技术 D. 分组交换与电路交换结合技术 【答案】A 【解析】以太网采用分组交换技术，把数据分割成小的分组（帧）进行传输，具有高效、灵活的特点。电路交换适用于电话网络，报文交换适用于早期数据网络。 2024年真题｜第30题 频分多路复用的英文缩写是（ ） A. ATM B. FDM C. TDM D. SDM 【答案】B 【解析】频分多路复用的英文缩写是 FDM；TDM 是时分多路复用的缩写，SDM 是空分复用，ATM 则是异步传递方式，与多路复用无关。 2024年真题｜第38题 目前公用电话网广泛使用的交换方式是（ ） A. 电路交换 B. 分组交换 C. 数据报交换 D. 报文交换 【答案】A 【解析】公用电话网在两台电话之间建立一条专用通信线路后即可通话，属于典型的电路交换。分组交换与报文交换则用于数据网络，其中分组交换是现有公共数据交换网采用的方式。 2024年真题｜第41题 下列选项中，不属于 Internet 基本功能的是（ ） A. 电子邮件 B. 文件传输 C. 远程登录 D. 报文交换 【答案】D 【解析】电子邮件、文件传输与远程登录都是 Internet 提供的基本功能；报文交换是一种数据交换技术，属于通信子网内部的传输方式，而非 Internet 的功能。 2024年真题｜填空题第143题 差错控制方式基本上分为两类，一类为________，另一类为________，在这两类基础上又派生出一类，称为________。 【答案】反馈纠错；前向纠错；混合纠错 【解析】差错控制方式分为反馈纠错与前向纠错两类：反馈纠错由接收端检错后要求发送端重发；前向纠错由接收端自行发现并纠正错码。二者结合派生出混合纠错，即少量错误由接收端自动纠正、错误超出纠正能力时再要求重发。 2025年真题｜填空题第133题 数据交换技术包括________、________和分组交换。 【答案】电路交换；报文交换 【解析】常用的数据交换技术有电路交换与存储转发交换两大类，其中存储转发交换又分为报文交换和分组交换，故电路交换、报文交换与分组交换三者并列。两空顺序可互换。 2026年真题｜第45题 以太网采用的主要技术是（ ） A. 分组交换技术 B. 电路交换技术 C. 报文交换技术 D. 数据报交换技术 【答案】A 【解析】以太网把数据分成小的分组传送，采用分组交换技术。现有公共数据交换网与局域网都采用分组交换，局域网中源站到目的站只有一条通信线路，不需要公用数据网的路由选择和交换功能。 【练习题】 一、填空题 1. 在同一条通信线路上同时传送多路信号的技术称为________技术。 【答案】多路复用 【解析】采用多路复用可提高传输系统的传输能力、扩大容量、挖掘潜力并降低成本，有线与无线传输系统都在积极研究它。 2. 各路信号在进入同一条传输介质前，先用调制技术把它们调制成互相不会混淆的________信号。 【答案】已调制 【解析】对方再用解调（反调制）技术把这些信号区分开来并恢复成原来的信号，从而达到多路复用的目的。 3. 把各路信号分别调制到不同频段上传输的多路复用技术是________多路复用，多用于模拟通信。 【答案】频分 【解析】频分多路复用的缩写是 FDM；时分多路复用利用时间上离散的脉冲组成互不重叠的多路信号，广泛应用于数字通信。 4. 波分多路复用技术用于光纤通信，它把不同波长的光波按一定________排列在一根光纤中传送。 【答案】间隔 【解析】波分复用直接在光波频率范围内划分信道，特别适合大容量的干线传输。 5. 网络中常用的数据交换技术分为电路交换和________交换两大类。 【答案】存储转发 【解析】存储转发交换又可分为报文交换和分组交换两种。 6. 在两个站点之间通过通信子网的节点建立一条专用通信线路的交换方式是________交换。 【答案】电路 【解析】电路交换需要建立实际的物理连接，其典型示例是两台电话通过公共电话网互联实现通话。 7. 电路交换实现数据通信需要经过建立连接、数据传输和________连接三个步骤。 【答案】拆除 【解析】通常在数据传输完毕后由两个站点之一终止连接。 8. 报文交换中传输数据的逻辑单元称为________，其长度一般不受限制。 【答案】报文 【解析】每个中间节点收到报文后先暂存，再根据其中的地址选择线路，把它传到下一个节点，直至目的站点。 9. 分组交换对每次传输的数据单位长度有限制，超过规定长度的数据必须分成若干个等长的小单位，称为________。 【答案】分组 【解析】分组交换的基本思想包括数据分组、路由选择与存储转发。 10. 目前常用的检错码主要有两种：奇偶校验和________循环冗余校验。 【答案】CRC 【解析】奇偶校验实现简单，但只能检测单个比特出错的情况；CRC 循环冗余校验功能强，应用广泛。 二、单项选择题 1. 多路复用技术的作用是（ ）。 A. 在同一条线路上同时传送多路信号 B. 提高单个信号的传输速率 C. 把数字信号转换为模拟信号 D. 检测并纠正传输差错 【答案】A 【解析】多路复用技术可以在同一条通信线路上同时传送多路信号，从而提高传输系统的传输能力、扩大容量并降低成本。把数字信号转换为模拟信号属于调制，检测纠正差错属于差错控制。 2. 频分多路复用把各路信号分别调制到（ ）。 A. 不同时间段上传输 B. 不同频段上传输 C. 不同波长的光波上传输 D. 不同物理线路上传输 【答案】B 【解析】频分多路复用把各路信号分别调制到不同的频段进行传输，多用于模拟通信；利用时间上离散的脉冲组成互不重叠多路信号的是时分多路复用，用于光纤通信的则是波分多路复用。 3. 广泛应用于数字通信的多路复用技术是（ ）。 A. 频分多路复用 B. 波分多路复用 C. 时分多路复用 D. 空分多路复用 【答案】C 【解析】时分多路复用利用时间上离散的脉冲组成互不重叠的多路信号，广泛应用于数字通信；频分多路复用多用于模拟通信，波分多路复用用于光纤通信。 4. 关于电路交换，下列说法正确的是（ ）。 A. 不需要建立物理连接 B. 中间节点需先存储再转发 C. 线路利用率很高 D. 两个站点之间需建立实际的物理连接 【答案】D 【解析】电路交换要在两个站点之间通过通信子网的节点建立一条专用通信线路，也就是需要建立实际的物理连接。中间节点先存储再转发是报文交换和分组交换的特点，电路交换的线路利用率较低。 5. 电路交换的突出优点是（ ）。 A. 线路利用率高 B. 实时性好 C. 费用低 D. 能够分时共享通道 【答案】B 【解析】电路交换的优点是实时性好，但由于建立连接需一系列硬件开关动作、且站点一旦连通便独自占用线路，其线路利用率低、呼叫时间长，费用也不低。 6. 报文交换采用的传输方式是（ ）。 A. 电路交换 B. 虚电路 C. 存储转发 D. 数据报 【答案】C 【解析】报文交换通过通信子网上的节点采用存储转发方式传输数据，中间节点先暂存报文，再根据地址选择线路把它传到下一个节点，无需建立专用通信线路。 7. 下列关于报文交换的说法，错误的是（ ）。 A. 线路利用率较高 B. 报文长度一般不受限制 C. 很容易把一个报文送到多个目的站点 D. 传输延迟较短，适合交互式通信 【答案】D 【解析】报文交换的主要缺点是报文传输延迟较长，且随报文长度而变化，不能满足实时或交互式通信的要求。其优点是线路利用率较高，且容易把一个报文送到多个目的站点。 8. 分组交换的基本思想不包括（ ）。 A. 建立专用物理线路 B. 数据分组 C. 路由选择 D. 存储转发 【答案】A 【解析】分组交换的基本思想包括数据分组、路由选择与存储转发，它不需要在两个站点之间建立专用通信线路，这正是它区别于电路交换之处。 9. 分组交换子网中，要求建立虚电路连接的是（ ）。 A. 无连接的分组交换 B. 电路交换 C. 面向连接的分组交换 D. 报文交换 【答案】C 【解析】按通信子网内部机制不同，分组交换子网分为面向连接与无连接两类。前者要求建立虚电路连接，分组按虚电路号传输；后者不建立连接，数据报分组带有目标站点地址，传输时需单独寻址。 10. 下列交换方式中，给用户带来费用低这一好处的是（ ）。 A. 电路交换 B. 报文交换 C. 空分交换 D. 分组交换 【答案】D 【解析】与电路交换相比，分组交换带给用户的优点是费用低。它传输延迟小、可靠性高，较小的分组还能减少重传出错分组的开销。 11. 差错控制的核心是（ ）。 A. 差错控制编码 B. 提高信道带宽 C. 增大发射功率 D. 采用光纤传输 【答案】A 【解析】差错控制编码是用来实现差错控制的编码，也是差错控制的核心，按功能不同分为检错码和纠错码两类。 12. 只能检测出传输过程中有错误发生、却不能纠正错误的是（ ）。 A. 纠错码 B. 检错码 C. 汉明码 D. CRC 码 【答案】B 【解析】检错码在传输中仅发送足以使接收端检测出差错的附加位，接收端检测到错误后要求重发数据，它只能检测出错误而不能纠正；纠错码则能以很高的概率检测并纠正大多数错误。 三、简答题 1. 简述电路交换、报文交换与分组交换的主要区别。 【答案】电路交换在两个站点之间通过通信子网的节点建立一条专用通信线路，需要建立实际的物理连接，通信要经过建立连接、传输数据、拆除连接三个步骤；它实时性好，但呼叫时间远长于数据传输时间，带宽利用率低，计算机通信中真正传输数据的时间一般不到10%，且不同终端的速率不同还需采取相应措施。报文交换通过通信子网上的节点采用存储转发方式传输数据，无需建立专用线路，其逻辑单元是长度不受限制的报文，中间节点先暂存再依据地址选择线路转发；它线路利用率较高，但报文传输延迟偏长、随报文长度而变，不能满足实时或交互式通信的要求。分组交换的基本思想包括数据分组、路由选择与存储转发，它限制每次传输数据单位的长度，超过者切成若干等长小单位即分组；因分组不大、传输时间很短，故延迟小、可靠性高、费用低，是现有公共数据交换网与局域网采用的技术。 【解析】本题考查三种数据交换技术的区别。答题时应从是否建立专用线路、数据传输单元、中间节点的处理方式和主要优缺点四方面逐项对比，并点明分组交换是当前的主流。 2. 简述差错控制编码的分类及两类编码的主要区别。 【答案】差错控制编码是用来实现差错控制的编码，也是差错控制的核心，按功能不同分为检错码和纠错码两类。检错码在传输中仅发送足以使接收端检测出差错的附加位，接收端检测到错误后会要求重新发送数据，它只能检测出数据传输过程中有错误发生，却不能纠正这些错误；由于要通过重传机制纠错，其数据通信效率较低，但原理简单、实现容易、编码与解码速度快，是目前网络中广泛使用的差错控制编码。纠错码在传输中发送足够的附加位，使接收端能以很高的概率检测并纠正大多数错误，接收端可自行改正错码而不必重发；但它比检错码复杂得多，所需冗余位很多，实现复杂、造价高、费时间，在一般通信场合不易采用。 【解析】本题考查两类差错控制编码的区别。答题时应先说明差错控制编码的地位与分类依据，再从附加位数量、能否纠错、实现复杂度与适用场合四方面对比。 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 $