資源簡介

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第4課
數據交換技術
第1課時
（贛科技版）七年級
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01
學習目標
內容總覽
02
新知導入
03
探究新知
04
課堂練習
05
課堂總結
課后作業
06
教學目標
理解數據交換技術的基礎概念，了解其在電話通話、短信及互聯網視頻中的具體應用和重要性。
01
02
03
04
計算思維
信息社會責任
數字化學習與創新
信息意識
掌握電路交換、報文交換和分組交換的工作原理，能分析數據傳輸的不同方式并比較其優缺點。
通過模擬數據交換過程和討論，培養對實際問題的分析和解決能力，提升對數據通信技術的興趣和理解。
認識到在數據交換過程中釋放線路的重要性，理解合理分配和有效使用網絡資源的重要性，養成負責任的網絡使用習慣。
新知導入
新知講解
想一想
數據交換技術
1、什么是數據交換技術
在通信的目的就是為了實現信息的傳遞，實現通信必須具備三個基本的要素，即終端、傳輸、交換。
新知講解
想一想
數據交換技術
1、什么是數據交換技術
在數據通信網絡中，通過網絡節點的某種轉接方式來實現從任一端系統到另一端系統之間接通數據通路的技術稱為數據交換技術。
新知講解
想一想
電路交換
2、電路交換的概念
電路交換（Circuit Switching）方式與電話交換方式的工作過程很類似。兩臺計算機通過通信子網交換數據之前，首先要在通信子網中通過交換設備間的線路連接，建立一條實際的專用物理通路。
新知講解
做一做
1、請同學們思考在平常打電話時，聲音信息是如何傳遞的，把你的思考寫在下方。
（1）聲音轉換為電信號：我們說話時，聲音通過電話的麥克風變成電信號。
（2）電信號傳輸：電信號通過電線或無線電波傳到對方的電話。
（3）信號中繼與交換：在傳輸過程中，信號會經過一些基站或交換機，再傳到對方。
（4）電信號還原為聲音：對方的電話接收到電信號后，揚聲器會把電信號變回聲音。
新知講解
想一想
電路交換
2、電路交換的概念
用此方式的交換網能為任意一個人網數據提供一條臨時的專用物理通路，由通路上各節點在空間上或時間上完成信道轉接而構成，為源主機（輸出端）和宿主機（接收端）之間建立起一條直通的、獨占的物理線路。
新知講解
想一想
電路交換
2、電路交換的概念
因此，在通路連接期間，不論這條線路有多長，交換網為一對主機提供的都是點到點鏈路上的數據通信，即建立連接的兩端設備獨占這條線路進行數據傳輸，直至該連接被釋放。
新知講解
想一想
電路交換
2、電路交換的概念
公用電話網的交換方式采用的就是電路交換，通話雙方一旦建立通話，則可以一直獨占這條線路，直至通話結束，釋放線路，這時其他用戶才能使用這條線路。
新知講解
議一議
1、想象一下，如果很多人同時使用電路交換，會發生什么情況？
（1）線路繁忙：像高峰時交通堵塞一樣，線路會被占用，大家都在用電話時很難找到空閑的線路。
（2）等待時間增加：如果線路都被占用了，新用戶需要等待，直到有空閑線路。
（3）資源浪費：即使不說話，線路也被占用，無法被別人使用，這會浪費資源。
（4）通話中斷風險：如果線路出現故障，會影響通話的連續性和質量。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的流程
電路交換方式最重要的特點是在一對主機之間建立起一條專用的數據通路。通信過程包括線路建立、數據傳輸和線路釋放3個過程。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的流程
（1）呼叫建立。網絡中的站點在傳輸數據之前，要先經過呼叫過程建立一條源站點到目標站點的電路。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的流程
（2）信息傳送。電路建立以后，信息就可以在兩個站點之間進行傳送，在整個信息傳送過程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的流程
（3）連接釋放。信息傳送結束后，由源站點或目標站點發出拆除請求，然后逐節點進行拆除，最終釋放由該電路占用的節點和信道資源。
新知講解
議一議
1、打完電話后，為什么需要釋放線路？
（1）讓別人使用：打完電話后，釋放線路可以讓其他人使用這條線路。就像用完公用電話，需要讓給別人用一樣。
（2）節省資源：不用的線路占著資源，會浪費。如果釋放線路，能節省資源，提高整體效率。
（3）避免占用時間：如果不釋放線路，其他人就要等很久，不能及時打電話或傳輸信息。
（4）保持系統順暢：釋放線路能保持整個通信系統的順暢運行，避免出現線路堵塞或擁擠的情況。
新知講解
做一做
1、請同學們相互組隊，在現實中模擬電路交換的過程。
（1）角色分配：學生分成三組，呼叫者、接聽者、交換中心。
（2）步驟模擬：
呼叫建立：呼叫者通過交換中心發送連接請求。交換中心檢查并建立連接。
信息傳送：建立連接后，呼叫者和接聽者傳遞信息（如紙條消息）。
連接釋放：信息傳送結束后，釋放線路。
（3）討論分享：每組分享體驗和感受。討論模擬中遇到的問題和解決方法。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的特點
電路交換技術的優點是數據傳輸可靠、迅速，數據不會丟失且保持原來的序列；其缺點是信道利用率低，即使在兩個站點之間數據傳輸的間歇期，電路也不讓其他站點使用。電路交換適用于實時大量連續的數據傳輸。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的特點
通路建立時需要一定的呼叫建立時間。一旦通路建立，在各個節點上幾乎沒有延時因此適用于實時或交互式會話類通信，如數字語音、傳真等通信業務。但由于通路建立時，線路是專用的，即使是空閑的，其他用戶也不能使用，因此線路利用率不高。
新知講解
想一想
電路交換
3、電路交換的特點
由于通信子網中的各個節點（交換設備）不能存儲數據，也不能改變數據內容，并且不具備差錯控制能力，因而整個系統不具備存儲數據的能力，無法發現與糾正傳輸過程中發生的數據差錯,系統效率較低。在電路交換方式的基礎上，人們提出了存儲轉發交換方式。
新知講解
議一議
1、為什么電路交換的數據傳輸可靠且迅速？
（1）專用線路：因為在兩個站點之間建立了專用線路，數據傳輸不會被其他人干擾，因此傳輸可靠。
（2）保持連接：數據傳輸過程中線路一直連接著，這樣可以確保數據按順序傳輸，不會丟失。
（3）無延時：一旦連接建立，傳輸過程中幾乎沒有延時，所以數據傳輸迅速。
（4）固定路徑：電路交換使用固定的路徑傳輸數據，所以不會因路徑變化而發生丟包或延遲。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
1、存儲轉發交換
存儲轉發交換（Store-and-Forward Switching）是指網絡節點（交換設備）先將途經的數據按傳輸單元接收并存儲下來，然后選擇一條適當的鏈路轉發出去。根據轉發的數據單元的不同，存儲轉發交換又分為報文交換和分組交換。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
2、報文交換
報文交換（Message Switching）是指網絡的每一個節點（交換設備）先將整個報文（Message）完整地接收并存儲下來，然后選擇合適的鏈路轉發到下一個節點。每個節點都對報文進行存儲轉發，最終到達目的地。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
2、報文交換
在報文交換中，中間設備必須有足夠的內存，以便將接收到的整個報文完整地存儲下來，然后根據報文的頭部控制信息，找出報文轉發的下一個交換節點。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
2、報文交換
若一時沒有空閑的鏈路，報文就只好暫時存儲，并等待發送。因此，一個節點對于一個報文造成的時延往往不確定。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
2、報文交換
報文數據在交換網中完全是按接力式傳送的。通信的雙方事先并不知道報文所要經過的傳輸通路，但每個報文確實經過了一條邏輯上存在的通路。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
2、報文交換
由于按接力方式工作，任何時刻一個報文只占用一條鏈路的資源，不必占用通路上的所有鏈路資源，提高了鏈路資源的利用率。報文交換方式雖然不要求呼叫建立線路和釋放線路的過程，但每一個節點對報文數據的存儲轉發時間比較長。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
2、報文交換
報文交換方式適合于非實時的通信業務，如電報；而不適合于實時的或交互式的通信業務，如語音、傳真等。另外，由于報文交換是以整個報文作為存儲轉發單位的，因此，當報文傳輸出現錯誤需要重傳時，必須重傳整個報文。
新知講解
議一議
1、如果一個節點的內存不夠，可能會發生什么？
（1）報文無法存儲：如果內存不夠，節點無法把接收到的整個報文存儲下來，導致報文無法繼續傳輸。
（2）數據丟失：報文可能會被丟棄，導致數據丟失。
（3）傳輸延遲：節點需要等待更多的時間才能有足夠的內存存儲報文，這會增加傳輸的延遲。
（4）網絡堵塞：如果多個節點都內存不足，報文會在網絡中排隊等待，造成網絡堵塞。
（5）通信中斷：由于報文無法及時傳輸，通信雙方可能會出現中斷。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
3、分組交換
分組交換又稱包交換（Packet Switching），與報文交換同屬于存儲轉發式交換。兩者之間的差別在于參與交換的數據單元長度不同。在分組交換網絡中，計算機之間要交換的數據不是作為一個整體進行傳輸，而是劃分為大小相同的許多數據分組來進行傳輸，這些數據分組稱為“包”（Packet）。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
3、分組交換
每個分組除含有一定長度需要傳輸的數據外，還包括一些控制信息，其中包括分組將被發送的目的地址。一個分組的最大長度通常被限制在1000~2000bit。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
3、分組交換
這些數據分組可以通過不同的路由器先后到達同一目的地址，數據分組到達目的地后進行合并還原，以確保收到的數據在整體上與發送的數據完全一致。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
3、分組交換
這種通信方式類似于“單頁郵局”的模式。假設單頁郵局規定每封信只能用一頁紙寫長信的人就必須給每頁信紙編號，放在不同的信封中；收信人在收到信件后，必須按信紙的順序整理合并，才能讀到完整的信件。
新知講解
想一想
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什么是時延
時延是指一個報文或分組從網絡的一端傳送到另一個端所需要的時間，它包括了發送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延。通常情況下，發送時延與傳播時延是我們主要考慮的。對于報文長度較大的情況，發送時延是主要矛盾；報文長度較小的情況，傳播時延是主要矛盾。
新知講解
議一議
1、為什么要將數據分成小的分組進行傳輸？
（1）提高傳輸速度：小的分組可以更快地通過網絡，每個分組可以通過不同的路徑，更快到達目的地。
（2）減少傳輸錯誤：如果數據分成小的分組，出現錯誤時只需重新傳輸出錯的分組，而不是整個數據，減少了重新傳輸的時間和資源。
（3）避免網絡擁堵：小的分組占用網絡資源較少，傳輸更靈活，可以避免某條路徑過于擁堵。
（4）提高網絡利用率：小分組更容易在網絡中找到空閑的路徑，提高了整體網絡的利用率。
新知講解
做一做
1、請同學們比較報文交換和分組交換的示意圖，在下面分析二者的不同之處。
新知講解
做一做
1、請同學們比較報文交換和分組交換的示意圖，在下面分析二者的不同之處。
（1）傳輸方式：報文交換：整個報文作為一個整體傳輸。分組交換：數據分成多個小分組傳輸。
（2）時延：報文交換：時延較大，每個節點需完整接收報文。分組交換：時延較小，分組可以并行傳輸。
（3）網絡利用率：報文交換：占用整個線路，利用率低。分組交換：分組獨立傳輸，利用率高。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
3、分組交換的方式
在分組交換中，根據網絡中傳輸控制協議和傳輸路徑的不同，可分為兩種方式：數據報（Datagram）分組交換和虛電路（Virtual Circuit）分組交換。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
4、數據報分組交換的方式
在數據報方式中，每個報文分組又稱為數據報。每個數據報在傳輸的過程中都要選擇路徑，各個數據報可以按照不同的路徑到達目的地。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
4、數據報分組交換的方式
在發送方每個數據報的分組順序與每個數據報到達目的地的順序是不同的。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
4、數據報分組交換的方式
在接收方，再按分組的順序將這些數據報組合成一個完整的報文。
新知講解
議一議
1、數據報分組交換和虛電路分組交換有什么不同？
（1）路徑選擇：數據報分組交換，每個數據報可以選擇不同的路徑到達目的地。虛電路分組交換，所有數據分組都使用同一條預先建立的路徑到達目的地。
（2）順序：數據報分組交換，數據報到達目的地的順序可能與發送順序不同。虛電路分組交換，數據分組按發送順序到達目的地。
（3）連接建立：數據報分組交換，無需建立連接，每個數據報獨立傳輸。虛電路分組交換，需要先建立虛擬路徑（連接），然后再傳輸數據。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
5、虛電路分組交換的方式
虛電路方式試圖將數據報方式與電路交換方式結合起來，發揮兩種方式的優點，達到最佳的數據交換效果。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
5、虛電路分組交換的方式
數據報在分組發送之前，發送方和接收方之間不需要預先建立連接；在虛電路方式中，發送分組之前，首先必須在發送方和接收方建立一條通路。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
5、虛電路分組交換的方式
在這一點上，虛電路方式和電路交換方式相同。整個通信過程分為3個階段：虛電路建立、數據傳輸、虛電路拆除。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
5、虛電路分組交換的方式
但與電路交換不同的是，虛電路建立階段建立的通路不是一條專用的物理線路，而只是一條路徑，在每個分組沿此路徑轉發的過程中經過每個節點時仍然需要存儲，并且等待隊列輸出。
新知講解
想一想
存儲轉發交換
5、虛電路分組交換的方式
通路建立后，每個分組都由此路徑到達目的地。因此在虛電路交換中，各個分組是按照發送方的分組順序依次到達目的地的，這一點又和數據報分組交換不同。
新知講解
議一議
1、在什么情況下使用虛電路分組交換更合適？
（1）穩定的連接：當需要穩定的連接，并且需要確保數據按順序到達時，例如視頻通話或在線教學。
（2）長時間傳輸：當數據傳輸時間較長，需要建立一個持久連接時，例如在線看電影或下載大文件。
（3）有序傳輸：當數據需要按發送順序到達時，例如實時在線游戲或直播。
（4）避免頻繁建立連接：當頻繁建立和釋放連接影響效率時，虛電路分組交換可以減小這種開銷，例如持續傳輸的數據鏈路。
新知講解
想一想
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分組交換的優勢
與報文交換相比，分組交換把要傳輸的數據分成了若干分組，而每一個分組又包含有大量的傳輸控制信息，因此分組交換的通信方式會明顯降低數據通信的效率。
新知講解
想一想
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分組交換的優勢
通信線路是公用的，每個分組都不會占用太長的通信線路時間，有利于合理分配通信線路，兼顧網絡上各個主機的通信要求。
新知講解
想一想
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分組交換的優勢
數據傳輸難免會出錯，若某些分組出現傳輸錯誤，只需重傳該分組即可，而不需要重傳整個數據，有利于迅速進行數據糾錯。
新知講解
想一想
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分組交換的優勢
能夠有效地改善報文傳輸時的時延現象，網絡信道利用率較高。
新知講解
議一議
1、分組交換是如何改善報文傳輸時的時延現象的？
（1）數據分組更小：數據被分成小的分組，比起整個報文更容易快速傳輸，減少等待時間。
（2）分組并行傳輸：多個分組可以通過不同路徑同時傳輸，而不是按順序傳遞一個整體的報文，加快傳輸速度。
（3）避免長時間占用線路：每個分組在一條線路上停留的時間很短，不會長時間占用一條線路，提高線路的使用效率。
（4）快速糾錯：如果某個分組出錯，只需重傳該分組，而不是整個報文，減少了重傳的時間。
新知講解
光交換
知識拓展
光交換是一種利用光信號來進行數據傳輸的技術，適用于高速和大數據傳輸場景。
新知講解
光交換
知識拓展
1、光信號傳輸：光交換利用光信號來傳輸數據，速度非常快。
新知講解
光交換
知識拓展
2、適用場景：它適用于需要發送大量數據的場景，比如大數據中心。
新知講解
光交換
知識拓展
3、高效傳輸：光交換不需要將信號轉換為電信號，因此效率更高。
新知講解
光交換
知識拓展
4、應用范圍：它常用于高速互聯網骨干網，保證網絡的高效和穩定。
新知講解
光交換
知識拓展
總的來說，光交換是應對大量數據高速傳輸的關鍵技術，保證了現代網絡的高效運作。
新知講解
議一議
1、為什么光交換的速度比傳統的電信號傳輸快？
（1）光速更快：光在光纖中的傳輸速度比電信號在電纜中的傳輸速度快，因為光速接近于真空中的光速，非常迅速。
（2）更少的延遲：光信號在傳輸過程中延遲更小，所以信息能更快到達目的地。
（3）高帶寬：光纖可以傳輸更多的信息，因為它的帶寬很高，能夠同時傳輸大量數據。
（4）抗干擾能力強：光不會受到電磁干擾，所以信號傳輸更穩定，減少了出錯和重傳的時間。
新知講解
議一議
2、你覺得未來的互聯網是否會更多地使用光交換技術？為什么？
（1）速度更快：光交換傳輸速度快，滿足越來越高的網速需求。
（2）更大容量：光纖能同時傳輸大量數據，支持更多用戶同時在線。
（3）連接更穩定：光不受電磁干擾，提供穩定的網絡連接。
（4）滿足未來技術需求：支持虛擬現實、人工智能等需要高速網絡的技術。
（5）節能環保：光交換能耗低，傳輸效率高，更加節能環保。
課堂總結
1
了解數據交換的技術
數據交換技術
2
認識電路交換的特點
3
掌握數據交換的方法
4
理解釋放線路重要性
板書設計
開展問卷調查活動
開展問卷調查活動
了解敬老愛老美德
認識需要幫助的老人
熟悉問卷調查的方法
勞動之識——設計問卷需注意問題
勞動之行——能合作完善問卷設計
數據交換技術
1、了解數據交換的技術
2、認識電路交換的特點
3、掌握數據交換的方法
4、理解釋放線路重要性
課后作業：
1、討論什么是數據交換技術？為什么數據需要分成小分組進行傳輸？
課后作業
1、討論什么是數據交換技術？為什么數據需要分成小分組進行傳輸？
數據交換技術概述
定義: 數據交換技術是指通過網絡節點的轉接方式，實現從一端系統到另一端系統之間數據通路接通的技術。
作用: 它在通信網絡中用于傳遞數據、提高通信效率、優化網絡資源利用。
為什么需要分成小分組進行傳輸
提高傳輸速度和效率: 小分組可以更快通過網絡，每個分組可以通過不同的路徑同時傳輸，加速數據到達目的地。
減少傳輸錯誤: 如果某個分組在傳輸中出錯，只需重傳該分組，而不是整個數據包，節省時間和資源。
66
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讓備課更有效
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Thanks!中小學教育資源及組卷應用平臺
第4.1課《》教學設計
課題 數據交換技術 單元 第四單元 學科 信息技術 年級 七年級上
核心素養目標 1、信息意識：理解數據交換技術的基礎概念，了解其在電話通話、短信及互聯網視頻中的具體應用和重要性。2、計算思維：掌握電路交換、報文交換和分組交換的工作原理，能分析數據傳輸的不同方式并比較其優缺點。3、數字化學習與創新：通過模擬數據交換過程和討論，培養對實際問題的分析和解決能力，提升對數據通信技術的興趣和理解。4、信息社會責任：認識到在數據交換過程中釋放線路的重要性，理解合理分配和有效使用網絡資源的重要性，養成負責任的網絡使用習慣。
教學重點 了解數據交換的技術認識電路交換的特點
教學難點 掌握數據交換的方法理解釋放線路重要性
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 視頻導入：《什么是數據交換》 觀看視頻，了解討論什么是數據交換技術？。 培養學生的觀察力和創造力， 培養學生對信息技術的熱愛。
講授新課 一、想一想數據交換技術1、什么是數據交換技術在通信的目的就是為了實現信息的傳遞，實現通信必須具備三個基本的要素，即終端、傳輸、交換。在數據通信網絡中，通過網絡節點的某種轉接方式來實現從任一端系統到另一端系統之間接通數據通路的技術稱為數據交換技術。2、電路交換的概念電路交換（Circuit Switching）方式與電話交換方式的工作過程很類似。兩臺計算機通過通信子網交換數據之前，首先要在通信子網中通過交換設備間的線路連接，建立一條實際的專用物理通路。二、做一做1、請同學們思考在平常打電話時，聲音信息是如何傳遞的，把你的思考寫在下方。（1）聲音轉換為電信號：我們說話時，聲音通過電話的麥克風變成電信號。（2）電信號傳輸：電信號通過電線或無線電波傳到對方的電話。（3）信號中繼與交換：在傳輸過程中，信號會經過一些基站或交換機，再傳到對方。（4）電信號還原為聲音：對方的電話接收到電信號后，揚聲器會把電信號變回聲音。三、想一想電路交換2、電路交換的概念電路交換（Circuit Switching）方式與電話交換方式的工作過程很類似。兩臺計算機通過通信子網交換數據之前，首先要在通信子網中通過交換設備間的線路連接，建立一條實際的專用物理通路。用此方式的交換網能為任意一個人網數據提供一條臨時的專用物理通路，由通路上各節點在空間上或時間上完成信道轉接而構成，為源主機（輸出端）和宿主機（接收端）之間建立起一條直通的、獨占的物理線路。因此，在通路連接期間，不論這條線路有多長，交換網為一對主機提供的都是點到點鏈路上的數據通信，即建立連接的兩端設備獨占這條線路進行數據傳輸，直至該連接被釋放。公用電話網的交換方式采用的就是電路交換，通話雙方一旦建立通話，則可以一直獨占這條線路，直至通話結束，釋放線路，這時其他用戶才能使用這條線路。四、議一議1、想象一下，如果很多人同時使用電路交換，會發生什么情況？（1）線路繁忙：像高峰時交通堵塞一樣，線路會被占用，大家都在用電話時很難找到空閑的線路。（2）等待時間增加：如果線路都被占用了，新用戶需要等待，直到有空閑線路。（3）資源浪費：即使不說話，線路也被占用，無法被別人使用，這會浪費資源。（4）通話中斷風險：如果線路出現故障，會影響通話的連續性和質量。五、想一想電路交換的流程電路交換方式最重要的特點是在一對主機之間建立起一條專用的數據通路。通信過程包括線路建立、數據傳輸和線路釋放3個過程。（1）呼叫建立。網絡中的站點在傳輸數據之前，要先經過呼叫過程建立一條源站點到目標站點的電路。（2）信息傳送。電路建立以后，信息就可以在兩個站點之間進行傳送，在整個信息傳送過程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態。（3）連接釋放。信息傳送結束后，由源站點或目標站點發出拆除請求，然后逐節點進行拆除，最終釋放由該電路占用的節點和信道資源。六、議一議1、打完電話后，為什么需要釋放線路？（1）讓別人使用：打完電話后，釋放線路可以讓其他人使用這條線路。就像用完公用電話，需要讓給別人用一樣。（2）節省資源：不用的線路占著資源，會浪費。如果釋放線路，能節省資源，提高整體效率。（3）避免占用時間：如果不釋放線路，其他人就要等很久，不能及時打電話或傳輸信息。（4）保持系統順暢：釋放線路能保持整個通信系統的順暢運行，避免出現線路堵塞或擁擠的情況。七、做一做1、請同學們相互組隊，在現實中模擬電路交換的過程。（1）角色分配：學生分成三組，呼叫者、接聽者、交換中心。（2）步驟模擬：呼叫建立：呼叫者通過交換中心發送連接請求。交換中心檢查并建立連接。信息傳送：建立連接后，呼叫者和接聽者傳遞信息（如紙條消息）。連接釋放：信息傳送結束后，釋放線路。（3）討論分享：每組分享體驗和感受。討論模擬中遇到的問題和解決方法。八、想一想3、電路交換的特點電路交換技術的優點是數據傳輸可靠、迅速，數據不會丟失且保持原來的序列；其缺點是信道利用率低，即使在兩個站點之間數據傳輸的間歇期，電路也不讓其他站點使用。電路交換適用于實時大量連續的數據傳輸。通路建立時需要一定的呼叫建立時間。一旦通路建立，在各個節點上幾乎沒有延時因此適用于實時或交互式會話類通信，如數字語音、傳真等通信業務。但由于通路建立時，線路是專用的，即使是空閑的，其他用戶也不能使用，因此線路利用率不高。由于通信子網中的各個節點（交換設備）不能存儲數據，也不能改變數據內容，并且不具備差錯控制能力，因而整個系統不具備存儲數據的能力，無法發現與糾正傳輸過程中發生的數據差錯,系統效率較低。在電路交換方式的基礎上，人們提出了存儲轉發交換方式。九、議一議1、為什么電路交換的數據傳輸可靠且迅速？（1）專用線路：因為在兩個站點之間建立了專用線路，數據傳輸不會被其他人干擾，因此傳輸可靠。（2）保持連接：數據傳輸過程中線路一直連接著，這樣可以確保數據按順序傳輸，不會丟失。（3）無延時：一旦連接建立，傳輸過程中幾乎沒有延時，所以數據傳輸迅速。 （4）固定路徑：電路交換使用固定的路徑傳輸數據，所以不會因路徑變化而發生丟包或延遲。十、想一想存儲轉發交換1、存儲轉發交換存儲轉發交換（Store-and-Forward Switching）是指網絡節點（交換設備）先將途經的數據按傳輸單元接收并存儲下來，然后選擇一條適當的鏈路轉發出去。根據轉發的數據單元的不同，存儲轉發交換又分為報文交換和分組交換。2、報文交換報文交換（Message Switching）是指網絡的每一個節點（交換設備）先將整個報文（Message）完整地接收并存儲下來，然后選擇合適的鏈路轉發到下一個節點。每個節點都對報文進行存儲轉發，最終到達目的地。在報文交換中，中間設備必須有足夠的內存，以便將接收到的整個報文完整地存儲下來，然后根據報文的頭部控制信息，找出報文轉發的下一個交換節點。若一時沒有空閑的鏈路，報文就只好暫時存儲，并等待發送。因此，一個節點對于一個報文造成的時延往往不確定。報文數據在交換網中完全是按接力式傳送的。通信的雙方事先并不知道報文所要經過的傳輸通路，但每個報文確實經過了一條邏輯上存在的通路。由于按接力方式工作，任何時刻一個報文只占用一條鏈路的資源，不必占用通路上的所有鏈路資源，提高了鏈路資源的利用率。報文交換方式雖然不要求呼叫建立線路和釋放線路的過程，但每一個節點對報文數據的存儲轉發時間比較長。報文交換方式適合于非實時的通信業務，如電報；而不適合于實時的或交互式的通信業務，如語音、傳真等。另外，由于報文交換是以整個報文作為存儲轉發單位的，因此，當報文傳輸出現錯誤需要重傳時，必須重傳整個報文。十一、議一議1、如果一個節點的內存不夠，可能會發生什么？（1）報文無法存儲：如果內存不夠，節點無法把接收到的整個報文存儲下來，導致報文無法繼續傳輸。（2）數據丟失：報文可能會被丟棄，導致數據丟失。（3）傳輸延遲：節點需要等待更多的時間才能有足夠的內存存儲報文，這會增加傳輸的延遲。（4）網絡堵塞：如果多個節點都內存不足，報文會在網絡中排隊等待，造成網絡堵塞。（5）通信中斷：由于報文無法及時傳輸，通信雙方可能會出現中斷。十二、想一想存儲轉發交換3、分組交換分組交換又稱包交換（Packet Switching），與報文交換同屬于存儲轉發式交換。兩者之間的差別在于參與交換的數據單元長度不同。在分組交換網絡中，計算機之間要交換的數據不是作為一個整體進行傳輸，而是劃分為大小相同的許多數據分組來進行傳輸，這些數據分組稱為“包”（Packet）。每個分組除含有一定長度需要傳輸的數據外，還包括一些控制信息，其中包括分組將被發送的目的地址。一個分組的最大長度通常被限制在1000~2000bit。這些數據分組可以通過不同的路由器先后到達同一目的地址，數據分組到達目的地后進行合并還原，以確保收到的數據在整體上與發送的數據完全一致。這種通信方式類似于“單頁郵局”的模式。假設單頁郵局規定每封信只能用一頁紙寫長信的人就必須給每頁信紙編號，放在不同的信封中；收信人在收到信件后，必須按信紙的順序整理合并，才能讀到完整的信件。擴展閱讀什么是時延時延是指一個報文或分組從網絡的一端傳送到另一個端所需要的時間，它包括了發送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延。通常情況下，發送時延與傳播時延是我們主要考慮的。對于報文長度較大的情況，發送時延是主要矛盾；報文長度較小的情況，傳播時延是主要矛盾。十三、議一議1、為什么要將數據分成小的分組進行傳輸？（1）提高傳輸速度：小的分組可以更快地通過網絡，每個分組可以通過不同的路徑，更快到達目的地。（2）減少傳輸錯誤：如果數據分成小的分組，出現錯誤時只需重新傳輸出錯的分組，而不是整個數據，減少了重新傳輸的時間和資源。（3）避免網絡擁堵：小的分組占用網絡資源較少，傳輸更靈活，可以避免某條路徑過于擁堵。（4）提高網絡利用率：小分組更容易在網絡中找到空閑的路徑，提高了整體網絡的利用率。十四、做一做1、請同學們比較報文交換和分組交換的示意圖，在下面分析二者的不同之處。（1）傳輸方式：報文交換：整個報文作為一個整體傳輸。分組交換：數據分成多個小分組傳輸。（2）時延：報文交換：時延較大，每個節點需完整接收報文。分組交換：時延較小，分組可以并行傳輸。（3）網絡利用率：報文交換：占用整個線路，利用率低。分組交換：分組獨立傳輸，利用率高。十五、想一想存儲轉發交換3、分組交換的方式在分組交換中，根據網絡中傳輸控制協議和傳輸路徑的不同，可分為兩種方式：數據報（Datagram）分組交換和虛電路（Virtual Circuit）分組交換。4、數據報分組交換的方式在數據報方式中，每個報文分組又稱為數據報。每個數據報在傳輸的過程中都要選擇路徑，各個數據報可以按照不同的路徑到達目的地。在發送方每個數據報的分組順序與每個數據報到達目的地的順序是不同的。在接收方，再按分組的順序將這些數據報組合成一個完整的報文。十六、議一議1、數據報分組交換和虛電路分組交換有什么不同？（1）路徑選擇：數據報分組交換，每個數據報可以選擇不同的路徑到達目的地。虛電路分組交換，所有數據分組都使用同一條預先建立的路徑到達目的地。（2）順序：數據報分組交換，數據報到達目的地的順序可能與發送順序不同。虛電路分組交換，數據分組按發送順序到達目的地。（3）連接建立：數據報分組交換，無需建立連接，每個數據報獨立傳輸。虛電路分組交換，需要先建立虛擬路徑（連接），然后再傳輸數據。十七、想一想存儲轉發交換5、虛電路分組交換的方式虛電路方式試圖將數據報方式與電路交換方式結合起來，發揮兩種方式的優點，達到最佳的數據交換效果。數據報在分組發送之前，發送方和接收方之間不需要預先建立連接；在虛電路方式中，發送分組之前，首先必須在發送方和接收方建立一條通路。在這一點上，虛電路方式和電路交換方式相同。整個通信過程分為3個階段：虛電路建立、數據傳輸、虛電路拆除。但與電路交換不同的是，虛電路建立階段建立的通路不是一條專用的物理線路，而只是一條路徑，在每個分組沿此路徑轉發的過程中經過每個節點時仍然需要存儲，并且等待隊列輸出。通路建立后，每個分組都由此路徑到達目的地。因此在虛電路交換中，各個分組是按照發送方的分組順序依次到達目的地的，這一點又和數據報分組交換不同。十八、議一議1、在什么情況下使用虛電路分組交換更合適？（1）穩定的連接：當需要穩定的連接，并且需要確保數據按順序到達時，例如視頻通話或在線教學。（2）長時間傳輸：當數據傳輸時間較長，需要建立一個持久連接時，例如在線看電影或下載大文件。（3）有序傳輸：當數據需要按發送順序到達時，例如實時在線游戲或直播。（4）避免頻繁建立連接：當頻繁建立和釋放連接影響效率時，虛電路分組交換可以減小這種開銷，例如持續傳輸的數據鏈路。十九、想一想擴展閱讀分組交換的優勢與報文交換相比，分組交換把要傳輸的數據分成了若干分組，而每一個分組又包含有大量的傳輸控制信息，因此分組交換的通信方式會明顯降低數據通信的效率。通信線路是公用的，每個分組都不會占用太長的通信線路時間，有利于合理分配通信線路，兼顧網絡上各個主機的通信要求。數據傳輸難免會出錯，若某些分組出現傳輸錯誤，只需重傳該分組即可，而不需要重傳整個數據，有利于迅速進行數據糾錯。能夠有效地改善報文傳輸時的時延現象，網絡信道利用率較高。二十、議一議1、分組交換是如何改善報文傳輸時的時延現象的？（1）數據分組更小：數據被分成小的分組，比起整個報文更容易快速傳輸，減少等待時間。（2）分組并行傳輸：多個分組可以通過不同路徑同時傳輸，而不是按順序傳遞一個整體的報文，加快傳輸速度。（3）避免長時間占用線路：每個分組在一條線路上停留的時間很短，不會長時間占用一條線路，提高線路的使用效率。（4）快速糾錯：如果某個分組出錯，只需重傳該分組，而不是整個報文，減少了重傳的時間。二十一、知識拓展光交換光交換是一種利用光信號來進行數據傳輸的技術，適用于高速和大數據傳輸場景。1、光信號傳輸：光交換利用光信號來傳輸數據，速度非常快。2、適用場景：它適用于需要發送大量數據的場景，比如大數據中心。3、高效傳輸：光交換不需要將信號轉換為電信號，因此效率更高。4、應用范圍：它常用于高速互聯網骨干網，保證網絡的高效和穩定。總的來說，光交換是應對大量數據高速傳輸的關鍵技術，保證了現代網絡的高效運作。二十二、議一議1、為什么光交換的速度比傳統的電信號傳輸快？（1）光速更快：光在光纖中的傳輸速度比電信號在電纜中的傳輸速度快，因為光速接近于真空中的光速，非常迅速。（2）更少的延遲：光信號在傳輸過程中延遲更小，所以信息能更快到達目的地。（3）高帶寬：光纖可以傳輸更多的信息，因為它的帶寬很高，能夠同時傳輸大量數據。（4）抗干擾能力強：光不會受到電磁干擾，所以信號傳輸更穩定，減少了出錯和重傳的時間。2、你覺得未來的互聯網是否會更多地使用光交換技術？為什么？（1）速度更快：光交換傳輸速度快，滿足越來越高的網速需求。（2）更大容量：光纖能同時傳輸大量數據，支持更多用戶同時在線。（3）連接更穩定：光不受電磁干擾，提供穩定的網絡連接。（4）滿足未來技術需求：支持虛擬現實、人工智能等需要高速網絡的技術。（5）節能環保：光交換能耗低，傳輸效率高，更加節能環保。 教師用白板上畫出通信示意圖，學生在圖上標記出終端、傳輸和交換設備。學生分組討論并簡單繪制聲音信息傳遞過程的流程圖。學生在指導下繪制一條從源主機到宿主機的電路交換示意圖，標注出各個節點和連接路徑。通過模擬多用戶通話，學生學會測量等待時間等活動，幫助學生了解高并發情況下的問題。學生分組利用紙杯電話（或繩子和紙杯）模擬電路交換的呼叫建立、信息傳送和連接釋放過程。學生通過模擬電話機的使用和釋放過程，理解為什么需要在打完電話后釋放線路。同學們相互組隊，在現實中模擬電路交換的過程。利用紙條模擬數據傳輸過程，體驗電路交換的迅速和可靠性。學生分組討論電路交換的數據傳輸可靠且迅速的原因，并記錄討論結果。學生通過簡易實驗（如紙條傳遞），模擬存儲轉發交換的過程。學生分組討論報文交換的優缺點，結合實例理解其適用性。學生利用紙條和不同容量的盒子模擬報文傳輸，體驗內存不足時的數據丟失和傳輸延遲情況。學生利用紙片或其他物品，模擬數據分組的拆分、傳輸和重組過程。學生制作圖示展示分組傳輸過程及其優點。學生分組比較報文交換和分組交換的示意圖，討論并記錄二者的不同之處。使用紙片模擬數據報分組交換，將數據分成若干“報”，隨機選擇不同路徑傳遞，并在接收方再組合成完整的報文。繪制數據報分組交換和虛電路分組交換的流程圖，展示路徑選擇和順序方面的差異。學生查找資料了解虛電路分組交換的特點和過程，并在小組內討論分享。學生分組討論虛電路分組交換相比于其他方式優缺點。學生分組討論分組交換與報文交換的優缺點，并做課堂報告展示。學生分組討論分組交換如何通過數據分組更小、分組并行傳輸、避免長時間占用線路以及快速糾錯來改善時延現象，并列舉實際例子。學生查找光交換技術在實際應用中的案例，如大數據中心和高速互聯網骨干網等，并分析其應用效果。學生學會簡單地繪制光交換和電信號傳輸的示意圖，展示速度差異和傳輸特點。每組學生查找一個光交換技術已應用的實際案例，如高速互聯網、數據中心等，并簡要介紹應用情況。 培養學生對通信要素的認知。通過角色扮演和模擬演示，培養他們的邏輯思維、科學素養、信息處理和批判性思維能力培養學生的邏輯思維和空間想象能力。培養學生對資源合理利用、時間管理和應急處理的意識和能力。培養動手能力和團隊協作精神。培養學生的資源管理意識、團隊合作精神和批判性思維能力。培養他們的批判性思維和團隊合作意識。培養學生對通信技術的理解力。增強學生對通信技術原理和實際應用的理解力。提升學生動手操作和模擬實驗的能力。培養學生對不同通信方式進行分析和評估的能力。增強學生用簡單材料動手實驗并理解復雜原理的能力。提升學生的動手操作和對理論知識的實際理解能力。提高學生對技術原理的視覺表達能力。培養學生的邏輯分析和團隊協作能力。增強學生對數據報方式傳輸過程的直觀理解和動手實踐能力。通過繪制流程圖，培養學生的圖示表達能力和細節對比能力。培養學生的邏輯分析能力和團隊協作能力。通過優缺點比較，培養學生的批判性思維和比較分析能力。通過優缺點對比，培養學生的邏輯分析和比較評估能力。通過小組討論，培養學生的邏輯分析能力和團隊合作意識。通過案例分析，培養學生的信息搜集能力和實際應用意識。通過繪制和展示圖示，提高學生的圖示表達能力和口頭表達能力。通過實際例子的調查，增強學生的信息搜集能力和實際應用理解。
課堂小結 數據交換技術1、了解數據交換的技術2、認識電路交換的特點3、掌握數據交換的方法4、理解釋放線路重要性 總結回顧 對本節課內容進行總結概括。
課后作業 討論什么是數據交換技術？為什么數據需要分成小分組進行傳輸？ 布置作業 拓展學生的學習能力
板書 觀看板書 強調教學重點內容
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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