【愚公系列】软考高级-架构设计师 028-其他网络知识（通信方式和交换方式）

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🚀前言

通信方式和交换方式是网络通信领域的两个核心概念，它们分别定义了数据如何在发送者和接收者之间传输以及如何在网络设备之间进行处理和转发。这两个概念有着密切的联系，但又有各自独特的特点和应用场景。

🚀一、通信方式和交换方式

🔎1.通信方向

数据通信涉及数据从发送方传送到接收方的过程，这个过程可以根据通信的双向性进行分类。具体分类如下：

🦋1.1 单工通信

• 定义：数据只能从一个方向传输，无法回传。
• 特点：
  • 数据仅从设备A发送到设备B，不支持反方向的数据流。
  • 发送方只能发送数据，接收方只能接收数据。
• 应用实例：
  • 广播电台：电台只发送信号，听众只接收信号，无法通过同一频道发送信号。
  • 电视广播：类似于广播电台，内容仅从中心站点单向传输到用户。

🦋1.2 半双工通信

• 定义：设备A和设备B可以互相通信，但是在同一时刻，数据只能单向流动。
• 特点：
  • 数据流可以在两个方向上流动，但是在任何给定的时刻，只能有一个方向的活动传输。
  • 通信双方都可以发送和接收数据，但不能同时进行。
• 应用实例：
  • 对讲机：使用者通过对讲机交谈时，一方讲话时另一方必须听，无法同时进行讲话。

🦋1.3 全双工通信

• 定义：设备A和设备B可以在任意时刻互相通信，支持同时双向数据流。
• 特点：
  • 数据可以同时在两个方向上传输，允许实时的双向通信。
  • 同时接收和发送数据，提高通信效率。
• 应用实例：
  • 电话通话：通话双方可以同时进行说话和听话，交流无需等待对方停止说话。
  • 网络通信：现代以太网技术支持全双工通信，数据可以同时在发送和接收方向上传输。

这些通信模式根据应用的需求和技术的限制选择适合的类型。单工通信常用于传输简单或公开的广播信息，半双工适用于资源有限的通信环境，而全双工则是现代通信技术的标准，特别是在要求高速和高效通信的场景中。

🔎2.同步方式

在讨论数据传输时，同步方式是一个核心概念，它涉及到数据如何在发送方和接收方之间有效地传递。以下是有关异步传输、同步传输、串行传输和并行传输的详细整理：

🦋2.1 异步传输

• 定义：数据以独立的单元进行传输，每个单元（通常是字符）前后添加起始位和停止位。
• 特点：
  • 起始位和停止位：每个字符被起始位和停止位框起来，确保字符的界定。
  • 资源浪费：每个字符需要额外的位，增加了传输的总数据量。
  • 传输效率降低：由于添加的起始位和停止位，有效载荷与总传输数据的比例降低。
• 适用场景：
  • 适用于数据量较小且通信间隔不规则的情况，如键盘和鼠标数据传输。

🦋2.2 同步传输

• 定义：以数据块为单位进行传输，通常通过同步帧来标记数据块的开始和结束。
• 特点：
  • 高效率：通过减少每个数据块中控制信息的比例，提高了数据传输的效率。
  • 同步帧：使用特定的信号或帧来进行发送和接收双方的同步。
• 适用场景：
  • 适合传输大量数据，如文件传输、多媒体数据流。

🦋2.3 串行传输

• 定义：数据以单一线路逐位传输，每次传输一位数据。
• 特点：
  • 低速设备适用：因为数据逐位传输，速度相对较慢。
  • 远距离传输：减少了线路数量，降低了成本，适用于广域网。
• 适用场景：
  • 适用于长距离通信和成本敏感的应用，如因特网数据传输。

🦋2.4 并行传输

• 定义：多条数据线同时传输多位数据。
• 特点：
  • 高速传输：同时传输多位数据大幅提升速度。
  • 成本高、受限于距离：更多的线路需要更多的空间和成本，且随着距离增加信号会有衰减问题。
• 适用场景：
  • 适用于计算机内部或其他硬件设备间的短距离、高速数据传输。

异步和同步传输分别优化了不同的通信场景，其中异步传输适用于间歇性数据传输，同步传输适合持续的大量数据流。串行和并行传输则是从物理线路角度定义数据的传输方式，串行传输适用于成本和距离要求较高的场景，而并行传输适用于速度要求更高的局部连接。

🔎3.交换方式

在网络技术中，交换方式是基础概念之一，指的是数据在网络中的传输和处理方法。主要有电路交换、报文交换和分组交换三种方式，每种方式都有其特点和应用场景。

🦋3.1 电路交换

• 特点：建立持久的物理连接或专用电路通道。
• 面向连接：通信前需要建立连接，通信结束后释放连接。
• 实时性高：由于有固定的传输路径，延迟较低，适合实时性要求高的应用。
• 链路利用率低：即使数据不传输，连接依然占用带宽资源。
• 应用场景：传统的电话通信和一些实时音视频通信。

🦋3.2 报文交换

• 特点：以完整的报文为单位进行存储-转发。
• 面向无连接：每个报文独立传输，包含完整的目标地址信息。
• 延时存在：报文在每个节点被完整接收后存储、检错、转发，增加了传输延时。
• 可靠性高：节点对报文进行检错，错误报文被丢弃。
• 应用场景：早期的电子邮件传输和某些网络协议。

🦋3.3 分组交换

• 特点：将数据切割成小的分组进行存储-转发。
• 时延较小：相较于报文交换，分组较小，减少了在每个节点的处理时间。
• 可进一步细分为：
  • 数据报：
    • 无连接：每个分组独立选择路径，包含完整的目标地址。
    • 不可靠：分组独立传输，可能会丢失或错序，需要上层协议处理。
    • 应用场景：互联网的IP协议。
  • 虚电路：
    • 面向连接：建立虚拟连接，所有分组沿此路径传输。
    • 可靠：通过预先建立的路径，保证分组顺序和传输的可靠性。
    • 应用场景：某些特定的网络环境和协议，如帧中继。
  • 信元交换（ATM）：
    • 面向连接：基于虚拟电路的概念。
    • 可靠：固定长度的信元简化了节点处理，提高了传输效率。
    • 特点：信元固定长度（53字节），其中5字节为头部，48字节为数据域。
    • 应用场景：宽带集成服务数字网(B-ISDN)。

🦋3.4 总结

• 电路交换：适用于实时性要求高的语音视频通信，但资源利用效率低。
• 报文交换：适合可靠性要求高的场景，但存在较大延时。
• 分组交换：时延小，资源利用高，是现代网络（尤其是互联网）的主要交换方式，包括数据报方式的无连接不可靠传输，虚电路和信元交换的面向连接可靠传输。

🔎4.练习

🦋4.1 题目一

1、以下关于光纤的说法中 ， 错误的是 ()

A.单模光纤的纤芯直径更细

B.单模光纤采用 LED 作为光源

C.多模光纤比单模光纤的传输距离近

D.多模光纤中光波在光导纤维中以多种模式传播

解析：

在这个选择题中，选项涉及单模光纤和多模光纤的基本特性和使用情况。我们来逐个分析各个选项的正确性：

A. 单模光纤的纤芯直径更细

• 这是正确的。单模光纤的纤芯直径确实比多模光纤的细，通常在8到10微米左右，而多模光纤的纤芯直径一般在50微米或更大。这使得单模光纤可以支持更远的传输距离和更高的带宽，因为它减少了模式色散。

B. 单模光纤采用 LED 作为光源

• 这是错误的。单模光纤通常使用激光二极管（Laser Diodes, LD）作为光源，而不是发光二极管（Light Emitting Diodes, LED）。激光二极管提供的光具有更高的功率和更窄的波束，适合单模光纤的细纤芯和高传输性能要求。发光二极管通常用于多模光纤，因为它们产生的光束宽度较宽，适合填充多模光纤较宽的纤芯。

C. 多模光纤比单模光纤的传输距离近

• 这是正确的。多模光纤的传输距离比单模光纤短，主要是因为多模光纤中的光波以多种模式传播，导致模式色散严重，限制了信号传输的距离和带宽。

D. 多模光纤中光波在光导纤维中以多种模式传播

• 这也是正确的。多模光纤之所以称为“多模”，是因为它允许多种光的传播模式同时存在，这些模式在光纤中传播的路径和速度不同，这也是产生模式色散的原因。

综上，错误的说法是 B，即“单模光纤采用 LED 作为光源”是不正确的。正确答案应选 B。

🦋4.2 题目二

2、以数据通信模型按照数据信息在传输链路上的传送方向，可以分为三类 。

下列选项中 ， ( ) 不属于这三类传输方式。

A、单工通信 ：信号只能向 一个方向传送

B、半双工通信 ：信息的传递可以是双向的

C、全双工通信 ：通信的双方可以同时发送和接收信息

D、全单工通信 ：信号同时向两个方向传输

解析：

在数据通信中，根据信号在传输链路上的传送方向，通常可以分为三种传输方式：单工通信、半双工通信和全双工通信。每种方式有其特定的定义和应用场景。我们来逐一解析各个选项，并找出不属于这三类的传输方式：

A、单工通信：

• 定义：信号只能向一个方向传送。
• 特点：通信的一方仅能发送信息，另一方仅能接收信息。例如，广播就是一种单工通信。
• 此选项正确描述了单工通信的概念。

B、半双工通信：

• 定义：信息的传递可以是双向的，但在任何给定时刻只能有一个方向的通信。
• 特点：通信双方都可以发送和接收信息，但不能同时进行。例如，对讲机使用的是半双工通信。
• 此选项正确描述了半双工通信的概念。

C、全双工通信：

• 定义：通信的双方可以同时发送和接收信息。
• 特点：允许双方在同一时刻同时进行发送和接收操作，提高了通信效率。例如，电话通话就是全双工通信。
• 此选项正确描述了全双工通信的概念。

D、全单工通信：

• 这是一个不存在的通信模式概念。通信领域中常见的术语是单工、半双工和全双工。"全单工通信" 不是一个标准的通信模式术语，并且描述（信号同时向两个方向传输）实际上更类似于全双工通信的定义。
• 此选项不属于常规的三类数据通信模型。

因此，答案是 D，"全单工通信"不属于通信模型的三类传输方式。

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