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第一部分　计算机网络基础
第六章 了解数据通信
考
纲
要
求 数据通信
1.理解数据通信的定义
2.识记数据通信的目的
3.理解信息、数据和信号的概念 4.掌握数据通信技术指标
5.识记数据传输方式
6.掌握数据传输介质
7.识记数据交换方式
命
题
趋
势 1.要求学生掌握数据通信的基本概念和主要目的；可以辨析信息、数据与信号三者之间的内在联系与本质区别；理解从信息到信号在通信系统中的转化过程；归纳并说明衡量数据通信性能的关键技术指标，能够灵活运用并对通信系统进行评估
2.考查学生对不同数据传输方式的工作原理和传输特点的理解，能够结合具体场景合理选择通信模式。掌握常见数据传输介质，理解其技术特性并能在实际组网中做出恰当选择
3.了解主要数据交换方式的工作机制与流程，熟练对比各类交换技术在实时性、效率及可靠性方面的特点，并根据具体场景进行选用
考
向
分
析 【考查内容】
数据通信的基础知识，信息、数据和信号的概念，数据通信技术指标，数据传输方式和数据交换方式，数据传输介质，以识记、理解和掌握为主
【考查题型】
填空题、选择题和简答题
【考查分值】
一般为6~14分
一、数据通信和数据通信系统模型(理解)
1.数据通信：数据通信是通过传输信道将计算机与终端连接起来，完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术，从而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。它是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。数据通信的目的是信息交换。根据传输媒体可分为有线数据通信和无线数据通信。
2.数据通信系统模型：由数据终端设备(DTE)、数据通信设备(DCE)和传输介质组成。
二、信息、数据和信号(理解)
1.信息和数据
(1)信息：指人们对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。
(2)数据：数据就是信息的载体，是把事件的某些属性规范化后的表现形式，可以被识别，也可以被描述。按其表现形式分为数字数据和模拟数据，模拟数据是连续的值，数字数据是离散的值。从计算机学科的角度来说，数据就是指能被计算机存储和处理、反映客观事物的符号。计算机处理的数据不仅包括数字、字母、文字和符号，还包括图形、图像、音频、动画和视频等多媒体数据。
(3)数据处理：数据处理是指对数据进行收集、存储、分类、计算、统计、检索及传输的过程。数据处理的目的是得到信息。
(4)信息和数据的关系：信息与数据既有联系，又有区别，数据是信息的载体，信息是数据的内涵。
2.信号
是数据的具体物理表现，是信息或数据的一种电磁编码，具有确定的物理描述。根据其表现形式分为模拟信号和数字信号，模拟信号是指时间上和数值上都是连续变化的信号，数字信号是离散的电脉冲信号，由“0”和“1”组成。
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而也可以用信号形式来传输。
三、数据通信技术指标(掌握)
数据通信的主要技术指标有数据传输速率、误码率、信道容量。
1.数据传输速率：是指在传输线路上传输信息的速度，即每秒钟传输二进制位的个数，用比特率来表示，单位为比特/秒，记作bps或bit/s。常用单位还有Kbps、Mbps、Gbps与Tbps等，用于衡量信道传输数据的快慢。
2.误码率：误码率是衡量数据传输的质量，反映数据传输可靠性和有效性的指标。
由于在信号传输中，信号的衰变改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。
误码率的计算：若传输二进制数据总数为N位，其中出错的位数为M位，则误码率表示为M/N。
3.信道容量
(1)信道：即信息传输的通道。常分为光纤信道、微波信道和电缆信道。
(2)信道容量：指信道能传输信息的最大能力，单位为比特/秒，记作bps或bit/s。
信道容量与数据传输速率的区别：信道容量表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而数据传输速率则表示实际数据传输速率。
(3)带宽：带宽是指信道所传送信号频率的宽度，其值为可传送信号的最高频率与最低频率之差。
信道容量受信道带宽限制，信道带宽越宽，一定时间内信道上传输的信息就越多。
一、数据传输方式及其分类
数据传输方式是指数据在信道上传送数据采用的方式。从不同的角度分析，数据传输方式有不同的分类，常见的分类角度有按传输顺序、按传输的同步方式和按数据传输的流向和时间等。
1.按传输顺序：数据传输方式可分成串行传输和并行传输。
(1)串行传输：在一条数据线上，数据按照先后顺序传送的方式。它的优点是节省设备，降低费用，从发送端到接收端只要一条数据线即可，适合远距离传输，抗干扰性强。它的缺点是效率低。
(2)并行传输：数据在多条数据线上同时传输。优点是用时少，效率高。缺点是所需通信线路多，不适合远距离传输。
2.按传输的同步方式：数据传输方式可分为同步传输和异步传输。
(1)同步传输：要求发送方与接收方的时钟统一，字符与字符之间的传输同步无间隔。
(2)异步传输：是以位为单位，一位接着一位进行传输。发送方与接收方的时间间隔是任意的，字符与字符之间的传输是异步的。异步传输数据格式：起始位(占1位)，数据位(占5~8位)，停止位(占1位)。
(3)同步与异步传输的比较：
①同步传输效率比异步传输高，但同步传输过程更为复杂，时钟的误差要求较高。
②异步传输在发送数据和接收数据时，任意时间都可以发送、接收，但需要加入起始标识位。同步传输需要发送方、接收方的时钟脉冲相同，连续发送数据，数据量大。
3.按数据传输的流向和时间关系：数据传输方式可分为单工传输、半双工传输和全双工传输。
(1)单工传输：信息只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的，如广播，电视。
(2)半双工传输：允许信息沿两个方向传输，但在每一时刻信息只能向一个方向传输，如对讲机。
(3)全双工传输：允许信息同时沿两个方向传输，即通信双方在同一时间发送和接收数据，如电话通信。
二、差错检验与校正
通信系统可能存在差错，需要一定的检错和纠错方法。常见的方法有奇偶校验法和循环冗余码校验法(CRC)。
1.奇偶校验：奇偶校验是一种最简单的检错方法。它是一种通过增加冗余位使得码字中“1”的个数恒为奇数或偶数的编码方法。采用奇偶检验法，当出错个数为奇数时，可以检测出错误，当出错个数为偶数时，则检测不出。
2.循环冗余码校验：是一种较为复杂的校验方法，又称多项式码。它是一种通过附加在信息位后面的冗余码一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验的方法。
一、传输介质(掌握)
传输介质是指在网络中传输信息的载体。传输介质分为有线和无线两大类。有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光缆等。无线传输介质包括微波(卫星通信)、红外线、激光等。
1.有线传输介质
(1)双绞线：是综合布线工程中最常用且性价比极高的一种传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以有效降低信号干扰的程度。实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里。现行双绞线电缆中一般包含4对双绞线，8根线。
特点：易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高，但因为其价格便宜，且安装方便，既适用于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。
根据双绞线对干扰的屏蔽能力，双绞线可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。
按照频率和信噪比，双绞线可分为一类、二类、三类、四类、五类、超五类、六类、超六类、七类双绞线。100Base-T中常采用五类双绞线作为传输介质。
根据两端线序可分为直通线和交叉线。直通线两端的排线标准是一致的，用来连接两个不同的网络设备，交叉线两端排线标准不同。常用直通线连接两个不同的网络设备，交叉线连接两个相同的网络设备。
双绞线RJ-45头的连接标准有EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B两种。
568A标准：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，棕白-7，棕-8。
568B标准：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8。
(2)同轴电缆：同轴电缆是指有两根同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴芯的电缆。其从里到外由内导体、塑料绝缘层、屏蔽层和绝缘保护套层四层组成。按阻抗不同，同轴电缆可分为基带同轴电缆(50Ω同轴电缆)和宽带同轴电缆(75Ω同轴电缆)。
特点：高带宽、低误码率，性能价格比高，所以用在LAN中。
(3)光缆：是由光导纤维(光纤)缆芯、包层、涂覆层和护套四部分组成的通信线缆。按光在光纤中的传输模式，可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤传输距离长，有效距离可达数十千米之远；多模光纤传输距离短在千兆网中，最高可支持550m的传输距离，在百兆网中最高可支持2000m的传输距离。
特点：直径小、重量轻；传输频带宽、通信容量大；抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好，误码率低。但光电接口的价格较昂贵。光纤被广泛应用于电信系统铺设主干线。
2.无线传输介质：采用无线传输介质联网具有不需铺设传输线、允许设备在一定范围内移动等特点，大量应用于便携式计算机的入网中。
特点：频率高，频带范围宽，通信信道的容量大；信号所受工业干扰较小，传输质量高，通信比较稳定；不受地理环境的影响，建设投资少。
3.双绞线制作实训
(1)制作双绞线需要的工具和材料
主要有压线钳、测线仪、RJ-45 水晶头、双绞线。
(2)实施操作
步骤一：双绞线制作
①剪线：用压线钳截取一段双绞线(根据连线距离定长度)，并将两端剪齐。
②剥线：把双绞线线头插入剥线刀口，插入至线头触及挡板为宜，预计剥线长度约为15～20mm。接着，紧握压线钳，慢慢旋转压线钳或双绞线，使双绞线线头端的保护胶皮剥离，但不伤及内部线芯。
③整线：先将绕着的成对线芯展开、拉直，并按照EIA/TIA 568B 标准排序线头，用压线钳再次修齐线头前端。
④压线：一只手捏水晶头(水晶头有塑料弹簧片的一面向下，有针脚的一面向上)，另一只手把双绞线线头平推入水晶头中，使8根线芯全部顶在水晶头的顶部。接着，将水晶头放入压线钳的压线口，再次检查线芯是否顶到水晶头底部，用力压紧压线钳的手柄，使水晶头的金属弹片与网线完全贴紧。用同样的方法，完成双绞线另一端的制作，注意双绞线两端的线序要一致。
步骤二：测线
普通双绞线测线仪有主控端和测线端两个端口。将双绞线的两端分别插入主控端和测试端的测试口中，打开测线仪开关，观察测线器8个指示灯的状态，如果两端指示灯同步从1依次闪烁至8，说明直通双绞线制作正确。
二、网络设备
1.网卡：网卡是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通信的计算机硬件。每块网卡都有一个唯一的网络结点地址，即MAC地址，由网卡生产厂家在生产时烧入ROM中，是由一个长度为48位的二进制数组成，通常用12个16进制数表示，如00-16-EA-AE-3C-40，其中前3个字节 00-16-EA代表网络硬件制造商的编号，后3个字节AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。网卡由于拥有MAC地址，因此工作于OSI模型中的数据链路层和物理层。
2.中继器：中继器工作于物理层，其主要作用是对电缆上传输的数据信号进行复制、调整和再生放大，并转发到其他电缆上，从而延长信号的传输距离，一般只应用于以太网。
3.集线器：集线器(HUB)是一个多端口的信号放大设备，工作在物理层，它在网络中只起到信号放大和重发的作用，通过信号放大和重发后广播到所有端口上，从而扩大网络的传输范围，它不具备信号的定向传送能力，是一个标准的共享式设备，可以构建共享式局域网。
4.网桥：网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根据MAC地址来转发帧，网桥用于连接两个具有相同或相似网络体系结构的网络。
5.交换机：交换机工作在数据链路层，按每一个数据包中的MAC地址相对简单地决策信息的转发。交换机中的三种交换技术是端口交换、帧交换和信元交换。交换机的每个端口就是一个冲突域，但不能隔离广播域，容易形成“广播风暴”，大大降低交换机的效率，采用虚拟网功能可将广播包限制在一定的范围内，只有位于同一虚拟子网中的用户可以相互通信，可以有效地避免“广播风暴”。
6.路由器：路由器是网络层设备，主要用于局域网与局域网或局域网与广域网之间的互联。根据数据帧中的IP地址为每一个数据帧寻找一条最佳传输路径。路由器具有路径选择、数据转发和数据过滤的作用。可以由硬件来实现，也可以由软件来实现，或者是两者的结合来实现。
一、数据交换方式
数据交换是指在两个或多个数据终端设备(DTE)之间，为任意两个终端设备建立数据通信临时互联通路的过程。按数据交换方式可分为电路交换、报文交换和分组交换。
1.电路交换：电路交换是通信网中最早出现的一种交换方式，指在两终端间进行通信时，由主叫终端发出呼叫，网内交换机在收发两终端间建立信息通道，直至通信结束为止的通信方式。常应用于电话系统。
电路交换包括电路建立、数据传输和电路拆除三个阶段。
(1)电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。
(2)数据传输：电路建立以后，数据就可以发送了，在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。
(3)电路拆除：数据传输结束后，由某一方发出拆除请求，然后逐节拆除到对方结点。
2.报文交换：报文是指通信链路中一次要发送的数据。报文交换是指把报文从源点传送到目的地采用存储转发的通信方式。
3.分组交换：是指在通信过程中，通信双方以分组为单位，使用“存储-转发”机制实现数据交互的通信方式。分组交换是网络中使用最广泛的一种交换技术。
分组交换又可分为数据报和虚电路两种方式。数据报方式中每个分组均带有分组编号，各分组单独寻径，到目的端需要排序后拼接出原有信息，对网络故障适应能力强。虚电路方式中通信双方事先建立一条虚电路并编号，每个分组沿虚电路有序向前传输，无须选择路径，减轻各结点负担，但对网络的依赖性较大。
4.电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点：
电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，连续传送大量数据效率高。
报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽，对突发式数据通信效率高。
分组交换：具有报文交换之高效、迅速的特点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。
二、数据交换实训
步骤一：网络场景的搭建
打开 Cisco Packet Tracer，添加2台PC，2个路由器，并以直通线、交叉线将设备进行连接。网络拓扑图如图6-1所示。
图6-1 网络拓扑图
步骤二：路由器及计算机IP 地址配置
1. router0 的IP 地址配置：
双击 router0 图标，单击“Config”选项卡，在GigabitEthernet0/0 和GigabitEthernet0/1 接口，填入IP 地址，如表6-1所示。
2. router 1的IP 地址配置：
双击 router1 图标，单击“Config”选项卡，在GigabitEthernet0/0 和GigabitEthernet0/1 接口，填入IP 地址，如表6-1所示。
表6-1 路由器及计算机IP地址配置
端口 IP地址
PC0 192.168.10.2
PC1 192.168.30.2
Router0/0 192.168.10.1
Router0/1 192.168.20.1
Router1/0 192.168.30.1
Router1/1 192.168.20.2
步骤三：路由器协议配置
打开Router0、Router 1，单击“Config”选项卡，选择 RIP 协议，对连接路由器的两个网段进行设置，如表6-2所示。
表6-2 路由器协议配置
设备 配置
PC0 网关：192.168.10.1
PC1 网关：192.168.30.1
Router0 RIP：192.168.10.0 192.168.20.0
Router1 RIP：192.168.30.0 192.168.20.0
步骤四：连通性测试及数据包传输效果
(1)打开PC0，在Command Prompt窗口中输入 ping 192.168.20.1 ，出现TTL值表示正常连接。
(2)单击右下角的 Simulation，在 Event List中选取 Edit Filters 勾选ICMP。
(3)在PC0输入 ping 192.168.20.1 命令，单击 Capture/Forward 按钮，数据报文就会开始传输，小信封图标代表数据包传输。
步骤一：安装软件
软件分为客户端和服务器端两个部分，根据需要在两台计算机上进行安装。
步骤二：配置软件
在客户端程序中单击“Config”按钮，对应参数设置如下：
Test Packet Size：指发送测试包的大小，可选1KB~9GB，建议不选太大，会增加耗时；
Number of Test Packets：指测试包的个数。可选1~1000，建议选择10~100个。
步骤三：网络连接与测试
1.打开服务器端LAN Speed Test Server，左上角的“LAN IP”是服务器端的IP地址；
2.在客户端“Folder or Server IP”选项中填入服务器端的IP地址；
3.单击“Start Test”按钮开始测试后，会出现发送数据包的进度。如果发送过程中出现错误，会出现错误提示。
测试完成后，方框中参数含义：
Time/Packet：一个包传输完成时间；
Time to complete：完成整个测速的时间；
Bytes per second：一秒钟传输字节数。
例1　模拟信号是指时间上和数值上都是　　　　的信号。(　　)
A.连续变化 B.离散
C.不变 D.突变
【参考答案】A
【答题分析】信号是信息的传输形式，是数据的具体物理表现，它是信息或数据的一种电磁编码。根据其表现形式分为模拟信号和数字信号，模拟信号是指时间上和数值上都是连续变化的信号，数字信号是离散的电脉冲信号，由“0”和“1”组成。
例2　下列数据为数字数据的是(　　)
A.声音 B.电视机的亮度
C.计算机内的文件 D.市电电压值
【参考答案】C
【答题分析】数据按其表现形式分为数字数据和模拟数据，模拟数据是连续的值，
数字数据是离散的值。
例3　(2023年真题)误码率是衡量数据传输的　　　　，反映数据传输的可靠性。
【参考答案】质量
【答题分析】误码率是衡量数据传输的质量，反映数据传输的可靠性。
例4　表示数据传输有效性的指标是(　　)
A.信道容量 B.吞吐量
C.误码率 D.传输速率
【参考答案】C
【答题分析】误码率是衡量数据传输的质量，反映数据传输可靠性和有效性的指标。
例5　(2022年真题)数据传输的同步技术有　　　　和　　　　两种方式。
【参考答案】同步传输　异步传输
【答题分析】数据传输方式是指数据在信道上传送采用的方式。从不同的角度分析，数据传输方式有不同的分类，常见的分类角度有按传输位数、按传输的同步方式和按通信方式等。数据传输按传输的同步方式可分为同步传输和异步传输。
例6　在串行传输中，所有数据字符的比特在(　　)
A.多根导线上同时传输
B.同一根导线上同时传输
C.传输介质上一次传输一位
D.以一组16位的形式在传输介质上传输
【参考答案】C
【答题分析】串行传输是一位一位地传送数据的方式。并行传输是一次传送多位数据的方式。
例7　(2024年真题)下列设备的通信方式是半双工通信的是(　　)
A.电视 B.收音机
C.对讲机 D.计算机网络
【参考答案】C
【答题分析】电视：信号只能从电视台单向传输到电视机，属于单工通信。收音机：信号只能从广播电台单向传输到收音机，属于单工通信。对讲机：双方可以交替讲话，但不能同时进行，属于半双工通信。计算机网络：现代计算机网络通常支持全双工通信(可同时收发数据)。
例8　(2024年真题)在下列传输介质中，带宽最宽、抗干扰能力最强的是(　　)
A.双绞线 B.同轴电缆
C.无线信道 D.光纤
【参考答案】D
【答题分析】光纤凭借其以光波承载信号的物理特性，在带宽和抗干扰能力这两个关键指标上均显著优于其他基于电信号或电磁波传输的介质。
例9　EIA/TIA 568B标准规定的线序是(　　)
A.橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕
B.橙白、橙、蓝白、蓝、绿白、绿、棕白、棕
C.绿白、绿、蓝白、蓝、橙白、橙、棕白、棕
D.绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
【参考答案】A
【答题分析】双绞线RJ-45头的连接标准有EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B两种。568A标准为绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕。568B标准为橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕。
例10　IP电话、电报和专线电话分别使用的数据交换技术是(　　)
A.电路交换技术、报文交换技术和分组交换技术
B.分组交换技术、报文交换技术和电路交换技术
C.报文交换技术、分组交换技术和电路交换技术
D.电路交换技术、分组交换技术和报文交换技术
【参考答案】B
【答题分析】数据交换按交换方式可分为电路交换、报文交换和分组交换。IP电话、电报和专线电话根据交换方式分别使用的数据交换技术是分组交换技术、报文交换技术和电路交换技术。
例11 在计算机通信中，数据交换形式包括分组交换和电路交换，前者比后者(　　)
A.实时性好，线路利用率高
B.实时性差，线路利用率高
C.实时性好，线路利用率低
D.实时性差，线路利用率低
【参考答案】B
【答题分析】分组交换实时性差，线路利用率高；电路交换实时性好，但线路利用率低。
例12　(2024年真题)在因特网中，IP数据报从源结点到目的结点可能需要经过多个网络和路由器，在进行传输信息的过程中，IP数据报报头中的(　　)
A.源地址和目的地址都会变化 B.源地址会变化，目的地址不会变化
C.源地址和目的地址都不会变化 D.目的地址会变化，源地址不会变化
【参考答案】C
【答题分析】在标准的IP路由转发过程中，IP数据报报头中的源IP地址和目的IP地址始终保持不变。路由器仅根据目的IP地址查询路由表进行转发，不会修改这两个地址。因此，数据报从源结点到目的结点的整个传输过程中，源地址和目的地址均保持不变。

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