数据通信的工作原理-数据传输过程
《数据的传输过程》教学案例-2019年精选文档
《数据的传输过程》教学案例● 教材分析本课教学内容是教育科学出版社出版的高中《网络技术应用（选修）》第三章第二节网络通信的工作原理中的第一课“数据的传输过程”，内容包括网络协议、OSI层次模型、TCP/IP协议体系和网络中数据的传输，内容比较抽象，学生很难通过实践操作或亲身体验来获取新知识，但却是网络的基础内容。
本节内容在教材中起承上启下的作用，只有在理解网络数据传输过程的基础上，才能更好地理解数据交换技术的作用，才可以更好地理解网络服务。
● 学情分析本课学习对象为江苏省无锡市太湖高级中学高一年级学生。
随着因特网的发展与应用范围的扩大，因特网提供的各种功能学生已经比较熟练。
学生们喜欢网络游戏、QQ聊天，收发E-mail，但是真正能了解网络数据通信工作原理的学生却寥寥无几。
本课利用成语猜谜游戏、Flash动画、模拟操作等手段来提高学生学习的积极性，让抽象的知识变得有趣、有意义，便于理解和掌握。
● 教学目标知识与技能目标：理解OSI模型及TCP/IP协议的基本知识，理解网络中数据传输的过程。
过程与方法目标：通过动画演示与实践对比理解OSI参考模型及网络中数据的传输过程，通过实例操作体验互联网中TCP/IP协议收发E-mail的过程。
情感态度与价值观目标：感受通信技术在网络互联中的核心价值，体验人类在解决问题的过程中表现出来的智慧。
通过实例操作体验来提升学生解决问题的能力。
● 教学重点、难点重点：OSI参考模型各功能层的功能；TCP/IP协议的核心内容及其特点。
难点：结合实例，分析网络中数据传输的过程。
● 整体思路从教学内容来看本节课是一节纯理论的课程，而且内容比较抽象。
首先，在导入时让5位学生完成一个游戏：通过形体语言传输一个成语信息，最终得到一个错误数据。
借助此游戏来分析数据传输过程中数据出错的原因。
通过“游戏导入、问题设疑”的方式引出“约定”和“功能层”的功能，为后面讲解OSI的层次模型、TCP/IP协议的层次结构埋下伏笔。
数据传输是怎么传输的？传输过程详解
数据传输是怎么传输的？传输过程详解一、FTP客户端发送数据到FTP服务器端，详述其工作过程。
两台机器的连接情况如下图所示：详细解答如下1.1、假设初始设置如下所示：客户端FTP端口号为：32768服务器端FTP端口号为：211.2、不同网络段上的两台计算机通过TCP/IP协议通讯的过程如下所示：协议是水平的，服务是垂直的。
物理层，指的是电信号的传递方式，透明的传输比特流。
链路层，在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。
网络层，负责为分组交换网上的不同主机提供通信，数据传送的单位是分组或包。
传输层，负责主机中两个进程之间的通信，数据传输的单位是报文段。
网络层负责点到点（point-to-point）的传输（这里的“点”指主机或路由器），而传输层负责端到端（end-to-end）的传输（这里的“端”指源主机和目的主机）。
1.3、数据包的封装过程不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段（segment），在网络层叫做数据报（datagram），在链路层叫做帧（frame）。
数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，最后将应用层数据交给应用程序处理。
两台计算机在不同的网段中，那么数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器。
1.4、工作过程（1）在PC1客户端，将原始数据封装成帧，然后通过物理链路发送给Switch1的端口1。
形成的帧为：注：发送方怎样知道目的站是否和自己在同一个网络段？每个IP 地址都有网络前缀，发送方只要将目的IP地址中的网络前缀提取出来，与自己的网络前缀比较，若匹配，则意味着数据报可以直接发送。
也就是说比较二者的网络号是否相同。
本题中，PC1和PC2在两个网络段。
（2）Switch1收到数据并对数据帧进行校验后，查看目的MAC 地址，得知数据是要发送给PC2，所以Switch1就对数据帧进行存储转发，查看自己的MAC地址列表后，从端口2将数据转发给路由器的S0端口。
计算机网络应用 OSI参考模型通信原理
计算机网络应用OSI参考模型通信原理在前面两节中，我们学习了OSI参考模型的7层结构及各层所具有的功能等知识。
下面，我们来学习OSI参考模型的通信原理，即数据传输过程。
在OSI参考模型中，当端到端进行通信时，首先由发送端（发送方）的发送进程将数据传送给应用层，应用层在数据的头部加上该层的控制和识别信息，并将其传送到其下一层（表示层）。
该过程一直重复至物理层，并由物理传输媒介将数据传送到目的端（接收方），在接收进程所在计算机中，信息按从物理层依次至应用层的方向传递，在此过程中添加在数据头部各层的控制和识别信息将被逐层去掉，最后数据被传送到接收进程。
其数据传输过程如图1-26所示。
图1-26 OSI参考模型中通信过程在OSI参考模型通信过程中，由高层至低层的过程中，各层数据头部封装该层的数据标识信息，当由低层至高层时，在每层需要解封装数据头部标识信息。
其过程以主机A与主机B的通信为例进行说明。
在主机A的发送进程中，首先数据在应用层，加上应用层协议要求的控制信息AH（AH 表示应用层控制信息），形成应用层的协议数据单元；接着继续传送，当传送到表示层时，在加上表示层的协议控制信息PH（PH表示表示层控制信息），形成表示层的协议数据单元。
表示层的协议数据单元传到会话层，加上会话层协议要求的控制信息SH（SH表示会话层控制信息），从而形成会话层的协议数据单元。
依次类推，到达数据链路层后，数据链路层的协议控制信息分为两部分，分别为控制头部信息和尾部信息，从而形成数据帧；将帧传送到物理层时，不再加任何控制信息，而是转换成比特流，并通过传输介质将其传送到主机B的物理层。
主机B的物理层将比特流传给数据链路层，在数据链路层中，将帧中的控制头部信息和尾部信息去掉，形成网络层的协议数据单元，然后，传送给网络层，在网络层去掉网络层协议控制信息NH（NH表示网络层控制信息），形成网络层的服务数据单元。
依次类推，直到数据传送到主机B的应用进程，其过程如图1-27所示。
数据通信原理
数据通信原理数据通信是指在计算机及网络领域中，通过合适的介质将信息从一个地方传输到另一个地方的过程。
数据通信原理是数据传输的基本理论和技术方法，它涉及到数据的编码、传输介质、传输速率、信道复用等方面的内容。
一、数据编码数据编码是指将信息转换为适合传输的信号的过程。
常见的数据编码方法有二进制编码、八进制编码和十六进制编码等。
二进制编码是将信息转换为只包含两种状态的信号，它是计算机中最基本也是最常用的编码方法。
八进制编码和十六进制编码则是将信息转换为8位或16位的信号，它们相对于二进制编码来说能够更有效地表示大范围的数据。
二、传输介质传输介质是指用于传输信息信号的物理媒介。
常见的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。
双绞线是应用最广泛的传输介质，它由两根绞合在一起的导线组成，能够较好地抵御干扰。
同轴电缆则由内导体、绝缘层、外导体和外护套组成，适用于高频率信号的传输。
光纤是最先进的传输介质，它利用光的传播特性进行信息传输，具有带宽大、传输距离远和免受干扰等优势。
三、传输速率传输速率是指在单位时间内传输的数据量。
数据传输速率常用的单位有bps（比特/秒）、Kbps（千比特/秒）、Mbps（兆比特/秒）和Gbps（千兆比特/秒）等。
传输速率的选择需要根据实际需求和传输介质的性能来确定。
在实际应用中，常见的传输速率包括10Mbps、100Mbps和1Gbps等。
四、信道复用信道复用是指将不同的信号通过同一物理通道进行传输的技术。
常见的信道复用技术有频分复用（FDM）和时分复用（TDM）等。
频分复用是将不同频率范围的信号分配到不同的子信道上进行传输，从而实现多个信号同时在一个物理通道上传输的目的。
时分复用则是将不同信号按照时间片的方式依次传输，使得多个信号在不同的时间段内共享一个物理通道。
总结：数据通信原理是实现数据传输的基本理论和技术方法。
其中包括数据编码、传输介质、传输速率和信道复用等方面的内容。
在实际应用中，根据需求和资源情况选择适合的编码方法、传输介质、传输速率和信道复用技术，能够有效地实现数据的传输和通信。
3.1.2 数据的传输过程
通信连接设备
❖ 网桥与交换机：能够判断是否需要转发数据包，像邮递员， 接收下自己辖区内的信件并送给收信人，而将非自己管辖 的信件退回给邮局。
网桥
交换机
❖ 路由器：用于不同网络之间的连接，例如：局域网与广域 网，局域网、城域网与广域网
❖ 校园网通过什么与因特网相连？
路由器
网络中的软件
❖网络操作系统
A、应用层； B、网络层； C、数据链路层 D、物理层
7、下面说法正确的是：（ Ｄ）
Ａ、在OSI参考模型分层体系中，数据在发送方自下向上，每往下一层 去掉一个协议控制信息；数据在接收方自上向下，每往上一层增加 一个协议控制信息。
Ｂ、在OSI参考模型分层体系中，数据在发送方自下向上，每往下一层 去掉一个协议控制信息；数据在接收方自上向下，每往上一层增加 一个协议控制信息。
2、OSI七层模型及其功能
一、网络分层
❖ 网络通信的过程很复杂 ▪ 数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计 算机，然后转换成最初的形式，以便接收者能 够阅读 ▪ 为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分 层设计
二、协议定义
❖ 什么是协议？ ▪ 为了使数据可以在网络上从源传递到目的地， 网络上所有设备需要“讲”相同的“语言” ▪ 描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是 协议
Data
❖网络中数据的传输与邮政系统的信件传输有相似 之处，以邮政系统为例看一下网络中数据的传输。
1、邮政系统分层模型
用户间约定 用户/邮局间约定
邮局间约定
邮局/运输部门间约定 运 输部门间约定
阅读教材，对照教材图 3-3回答：
1、邮局将整个邮政系 统分成几层？
2、同一层之间以及上、 下层之间是通过什么配 合并协调分工的？
数据通信工作原理及应用
数据通信工作原理及应用数据通信是一种使各种数字设备之间传送数据的技术。
它是一种在计算机系统和数据传输设备之间进行数字数据传输的技术，是信息时代的重要基础。
在不同的领域，数据通信的工作原理和应用不同。
本文将介绍数据通信的工作原理和应用。
1.数据通信的工作原理数据通信的工作原理是运用计算机技术将数字信息转换成数据包、并通过各种数字设备之间的通信线路、传输媒介传送到指定的接收端数据通信主要包括如下步骤：(1) 将要传输的数据转换成数字信号(2) 将数字信号进行调制(3) 把调制后的数字信号通过媒介传输到接收端(4) 在接收端将接收到的数据进行解调。
在数据通信中，数据包是最小的数据传输单元，它包含数据和数据包头。
在数据通信中，发送方将数据打包成一个数据包，并在数据包头中包含一些元数据，例如：序列号，数据类型，CRC校验码等。
当数据包到达接收端后，把数据包头和数据分开，对数据进行CRC校验，确保数据的完整性，如果数据包完整无误，就进行数据解析，取出需要的数据。
2. 数据通信的应用数据通信在很多领域都有广泛的应用，主要包括的领域有：互联网，数字电视，自动化控制，远程医疗等。
(1) 互联网互联网是数据通信的重要应用领域。
通过网络，我们可以传输文本、图片、音频、视频等各种类型的数据，因此，互联网也被称为信息高速公路。
它是我们获取信息、交流观点以及了解世界变化的重要渠道。
数据通信技术是互联网传输信息的基础。
(2) 数字电视数字电视是一种优质的电视节目传输模式，数据通信技术在数字电视传输中扮演着重要的角色。
通过数据通信技术可以将高质量的电视节目传输到各个地方，覆盖范围更广。
(3) 自动化控制数据通信技术在自动化控制领域也有广泛的应用。
它可以帮助工业企业实现自动化控制，提高生产效率和产品质量。
通过数据传输，企业可以掌握设备的运行情况、进行远程操作等。
(4) 远程医疗远程医疗是数据通信技术在医疗领域的一种应用。
它可以实现医生和患者之间的远程会诊、远程问诊，让患者在家获得及时、有效的救治和诊疗。
计算机通信原理
计算机通信原理
计算机通信原理指的是计算机之间进行数据传输和交流的原理和方法。
它涉及到的主要内容包括数据的编码和解码、数据的传输方式、数据的传输协议以及通信网络的建立等。
以下是计算机通信原理的详细介绍。
1. 编码和解码：在计算机通信中，需要将数据转换为二进制码后传输。
编码是将数据转换为二进制形式的过程，而解码则是将接收到的二进制码转换为原始数据的过程。
常用的编码方式包括ASCII码、Unicode码等。
2. 数据的传输方式：
- 并行传输：数据的每一位同时通过多条线路传输，适用于短距离高速传输。
- 串行传输：数据的每一位按照顺序通过一条线路传输，适用于长距离传输。
3. 数据的传输协议：
- TCP/IP协议：是互联网中最常用的传输协议，提供可靠的数据传输和数据分组的重组机制，确保数据的正确传输。
- HTTP协议：是应用层协议，用于在客户端和服务器之间传输超文本信息，是Web浏览器和Web服务器之间交换信息的标准方式。
- FTP协议：用于在计算机之间进行文件传输，支持文件的上传、下载和删除等操作。
4. 通信网络的建立：通信网络是指连接不同计算机的物理和逻
辑组网，包括局域网、广域网和互联网等。
通信网络的建立需要考虑网络拓扑结构、网络设备的选择和布局、网络协议的配置等因素。
常用的网络设备包括交换机、路由器、网桥等。
总结：计算机通信原理是计算机之间进行数据传输和交流的基本原理和方法。
它涉及到数据的编码和解码、数据的传输方式、数据的传输协议以及通信网络的建立。
正确理解和应用通信原理能够保证数据的可靠传输和网络的稳定运行。
uart的工作原理
uart的工作原理UART（通用异步收发传输）是一种常见的串行通信接口，广泛应用于各种设备之间的数据传输。
其工作原理如下：1.串行传输:UART采用串行传输，即一位一位地传输数据。
与之相对的是并行传输，即同时传输多个数据位。
串行传输可以减少传输线的数量和复杂性，提高系统集成度和可靠性。
2.异步通信:UART采用异步通信方式，即在数据传输过程中不需要外部时钟信号来同步发送和接收数据。
发送端和接收端根据事先约定的数据帧格式进行数据传输，并通过特定的控制位来标识数据的开始和结束位置。
3.数据帧格式:UART将每个数据帧分为起始位、数据位、校验位和停止位。
起始位用于表示数据传输的起始位置，一般为逻辑低电平；数据位用于存储传输数据；校验位用于进行数据校验，可以检测和纠正传输错误；停止位用于表示数据传输的结束位置。
4.数据传输过程:发送端根据事先约定好的数据帧格式，依次发送起始位、数据位、校验位和停止位。
接收端根据接收到的信号，解析出数据帧，并进行校验，判断数据的可靠性。
如果校验正确，接收端将从数据位中提取出数据。
5.波特率:6.数据缓冲:UART通过数据缓冲来存储待发送和已接收的数据。
发送端通过将数据写入发送缓冲区，由硬件自动进行数据发送；接收端则通过读取接收缓冲区，获取已接收的数据。
7.错误处理:UART在数据传输过程中，会遇到各种错误，如传输错误、校验错误等。
对于传输错误，UART通常会进行重试或重传；对于校验错误，UART 可以通过重新计算校验位或直接丢弃错误数据。
8.应用范围:UART广泛应用于各种设备之间的数据传输，如计算机与外部设备的串行通信、嵌入式系统与传感器的数据采集、工控设备与PLC的通信等。
总结：UART是一种常见的串行通信接口，通过串行传输和异步通信方式，实现设备之间的数据传输。
它采用数据帧格式、波特率、数据缓冲等机制来实现数据的可靠传输。
在应用方面，UART广泛应用于各种设备之间的数据传输，是一个重要的通信接口。
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数据
( 乙
(
(
甲
老式电话
报文交换技术
提高了通信线路的 利用率 ，但延时 较大
数据
存储数据,将 数据发送给F
乙
A
D
甲
存储数据,将 数据发送给C
C
存储数据,将数 据发送给D
F
存储数据,将数据 发送给乙
•每一个层次中，通信双方都要共同遵守相应的 约定，我们将这个约定叫做协议 •各功能层之间，上一层向下一层提出服务的要 求 下一层则完成上一层提出的要求
OSI模型
• OSI模型：开放系统互联参考模型 （open system interconnection）
•由国际化标准组织（ISO）制定，一个 规范的集合
网络接口 物理层
• 在TCP/IP协议体系中，TCP和IP是两个核心 的协议 • IP协议是把数据包从一个地方传递到另一个 地方 • TCP协议是对数据进行管理和校核，保证数 据包的在传输过程中的正确性
E-mail发送过程
发信端 TCP/IP
收信端 TCP/IP
Internet
数据交换技术
电路交换技术
网络通信的工作原理
数据的传输过程
用户（写信人）
用户间约定
用户（收信人）
用户子系统
用户／邮局约定 邮局子系统
邮政局
邮政局间约定
邮政局
邮局／运输部门约定
运输部门
运输部门间约定
运输部门
运输子系统
甲地
乙地
网络中的约定
•计算机网络是采用的层次性的结构模型，将网 络分为若干层次，每个层次负责不同的功能 。
3、OSI 七层模型中，网卡的作用属于哪一层（ D ） A．应用层 B．表示层 C．传输层 D．物理层
4、IP 电话、电报和专线电话分别使用的数据交换技术是（ B ） 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ห้องสมุดไป่ตู้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
OSI模型 系统Ｂ 系统Ａ
应用层 表示层 应用层 表示层
在网络应用程序之间传递信息 处理文本格式化显示代码转换
自下而上， 会话层 会话层 建立、维持、协调通信 自上而下，数据变成更小的数据包， 进行反向转 并且加上一些地址信息，控制信息， 换，去除添 传输层 传输层 确保数据正确发送 错误效验信息等。 加的信息， 将其还原为 网络层 网络层 决定传输路由，处理信息传递 初始的信息
OSI参考模型
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层
TCP/IP概念层
应用层
各种服务及应用程序通过该层利 用网络．常用协议：HTTP, FTP, SMTP(简单邮件传达室输协议)等.
传输层
网际层
确认数据传输及进行纠错处理，常 用协议：TCP，UDP(用户数 据据报协议)
负责数据的传输，路由及地址选择 常用协议：IP，ARP( 地址解析 协议) 是针对不同物理网络的连接形式 的协议．例如：Ethernet, ATM
数据链路层 物理层 数据链路层 物理层
编码、编址、传输 管理硬件连接
物理传输信道
• OSI模型只是一种理想的模型，在实践中产 生了许多实用的协议体系，如TCP/IP、 IPX/SPX等 •因特网是网络中的网络，网络能够互相连同， 缺少不了网络中的”世界语”——TCP/IP协议 体系 •特点：成本低、不同平台的可靠性，是因特网 中使用最频繁的协议
分组交换技术
A 兼有电路交换和报文交换的优 点 ，分组交换比电路交换的电 路利用率高，比报文交换的传输 延时小，交互性好。
B
分组1 分组2 分组3 分组4 分组5 数 据
乙
甲
C
IP电话：分组交换技术 专线电话 ：电路交换技术 电报：报文交换技术
1．OSI 模型将网络结构划分成（ C ） A．四层 B．五层 C．七层 D．九层 2、市电话网在数据传输时，在源节点与目的节点之间有一条利用 中间节点构成的物理连接线路。这种市电话话网采用 ( A ) 技术。 A．报文交换 B．电路交换 C．分组交换 D．数据交换