《現(xiàn)代通信技術(shù)課件》第四章數(shù)據(jù)通信

《現(xiàn)代通信技術(shù)課件》第四章數(shù)據(jù)通信contents目錄數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯(cuò)控制方法網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信設(shè)備簡介01數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)、終端或設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所采用的交換、傳輸和處理技術(shù)的總稱。定義包括傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性高、傳輸速率快、通信量大等，適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端、終端與終端之間的通信。特點(diǎn)數(shù)據(jù)通信定義與特點(diǎn)用于處理數(shù)據(jù)的設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、終端等。數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）用于連接DTE和傳輸線路的設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器。數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）連接DCE的通信線路，可以是電話線、光纖等。傳輸線路規(guī)定DTE和DCE之間如何建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接的規(guī)則。通信協(xié)議數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成包括并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸適用于短距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸；串行傳輸適用于長距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸。指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通常用比特率（bps）表示。比特率越高，傳輸速率越快。數(shù)據(jù)傳輸方式及速率傳輸速率傳輸方式差錯(cuò)率衡量數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的指標(biāo)，包括誤碼率和誤信率。誤碼率指傳輸過程中發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)與總比特?cái)?shù)之比；誤信率指傳輸過程中發(fā)生差錯(cuò)的信息量與總信息量之比。時(shí)延指數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩怂璧臅r(shí)間，包括傳播時(shí)延、發(fā)送時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延等。時(shí)延越小，通信效率越高。吞吐量指單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通常用每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)或幀數(shù)表示。吞吐量越大，系統(tǒng)性能越好。帶寬指信道能夠傳輸?shù)男盘栴l率范圍，通常用赫茲（Hz）表示。帶寬越大，信道容量越大，傳輸速率也越高。數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)02數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)基帶傳輸在數(shù)字通信信道上直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不包含任何調(diào)制。頻帶傳輸將基帶信號調(diào)制為模擬信號后再進(jìn)行傳輸，傳輸介質(zhì)通常為模擬信道，如電話線、同軸電纜等。基帶傳輸與頻帶傳串行傳輸數(shù)據(jù)在傳輸線上按位進(jìn)行傳輸，即一位接一位地進(jìn)行傳輸，通常用于遠(yuǎn)距離通信。并行傳輸數(shù)據(jù)在傳輸線上同時(shí)傳輸多位，即數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送和接收，通常用于近距離高速數(shù)據(jù)傳輸。串行傳輸與并行傳發(fā)送方和接收方按照統(tǒng)一的時(shí)鐘信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)的正確性和完整性。同步技術(shù)發(fā)送方和接收方各自使用自己的時(shí)鐘信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過特定的同步機(jī)制來確保數(shù)據(jù)的正確性。異步技術(shù)同步技術(shù)與異步技術(shù)將信道的可用頻帶分割成若干互不交疊的頻段，每個(gè)頻段分配給一個(gè)信號進(jìn)行傳輸。頻分多路復(fù)用（FDM）時(shí)分多路復(fù)用（TDM）波分多路復(fù)用（WDM）碼分多路復(fù)用（CDM）將信道的時(shí)間分成若干時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙分配給一個(gè)信號進(jìn)行傳輸。在光通信中，將不同波長的光信號復(fù)用到同一根光纖中進(jìn)行傳輸。通過不同的編碼方式區(qū)分不同的信號，實(shí)現(xiàn)多路信號的同時(shí)傳輸。多路復(fù)用技術(shù)03數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換原理及應(yīng)用場景原理電路交換是一種直接的交換方式，它在通信雙方之間建立一條實(shí)際的物理通路，通信過程分為電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和電路拆除三個(gè)階段。應(yīng)用場景電路交換主要適用于實(shí)時(shí)性要求較高的通信業(yè)務(wù)，如電話通信。在電話通信中，雙方需要建立一條穩(wěn)定的通信電路，以保證語音的連續(xù)傳輸。報(bào)文交換是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，它將用戶的報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)輸出電路空閑時(shí)，再將報(bào)文發(fā)往下一個(gè)交換機(jī)或用戶終端。原理報(bào)文交換適用于傳輸數(shù)據(jù)量較大、但實(shí)時(shí)性要求不高的通信業(yè)務(wù)，如電子郵件。在電子郵件系統(tǒng)中，用戶的郵件被存儲(chǔ)在郵件服務(wù)器上，等待收件人上線后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。應(yīng)用場景報(bào)文交換原理及應(yīng)用場景VS分組交換也是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，但它不是以整個(gè)報(bào)文為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，而是將報(bào)文劃分成若干個(gè)分組，每個(gè)分組獨(dú)立進(jìn)行傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)。應(yīng)用場景分組交換適用于數(shù)據(jù)傳輸量較大、且需要保證一定實(shí)時(shí)性的通信業(yè)務(wù)，如在線視頻、網(wǎng)絡(luò)電話等。在這些應(yīng)用中，數(shù)據(jù)被分成多個(gè)分組進(jìn)行傳輸，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高傳輸效率。原理分組交換原理及應(yīng)用場景

不同交換技術(shù)比較電路交換實(shí)時(shí)性強(qiáng)、適用于語音通信等；但資源利用率低、靈活性差。報(bào)文交換資源利用率高、靈活性好；但實(shí)時(shí)性差、適用于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)。分組交換結(jié)合了電路交換和報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)，既保證了實(shí)時(shí)性又提高了資源利用率；但需要復(fù)雜的協(xié)議支持、實(shí)現(xiàn)難度較大。04差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)產(chǎn)生原因包括信道噪聲、干擾、信號衰減、設(shè)備故障等。差錯(cuò)對通信的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、丟失或延誤，降低通信質(zhì)量。差錯(cuò)產(chǎn)生原因及影響分析通過對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼和校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。包括前向糾錯(cuò)、自動(dòng)重傳請求和混合糾錯(cuò)等?；驹矸椒ǚ诸惒铄e(cuò)控制基本原理和方法分類檢錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼等，用于檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。要點(diǎn)一要點(diǎn)二糾錯(cuò)碼海明碼、BCH碼等，不僅能檢測錯(cuò)誤，還能糾正一定數(shù)量的錯(cuò)誤。常用檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼介紹在數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用差錯(cuò)控制技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。通信系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)其他應(yīng)用領(lǐng)域在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)中也采用差錯(cuò)控制技術(shù)，保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和安全性。如航空航天、軍事通信等對數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求極高的領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用差錯(cuò)控制技術(shù)。030201差錯(cuò)控制在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用05網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。功能層次劃分將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議劃分為多個(gè)層次，每個(gè)層次負(fù)責(zé)不同的功能，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義和功能層次劃分負(fù)責(zé)傳輸比特流，規(guī)定了電氣、機(jī)械、過程和功能標(biāo)準(zhǔn)。物理層負(fù)責(zé)在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供差錯(cuò)控制和流量控制功能。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)，選擇合適的路由和邏輯地址。網(wǎng)絡(luò)層OSI參考模型各層功能介紹傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層OSI參考模型各層功能介紹提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，處理數(shù)據(jù)分段、錯(cuò)誤控制、數(shù)據(jù)流量控制等問題。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的表示、加密和壓縮等功能，以確保不同系統(tǒng)之間的信息能夠正確傳輸。負(fù)責(zé)建立、管理和終止會(huì)話，以及會(huì)話過程中的數(shù)據(jù)交換。為用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)絡(luò)瀏覽等。負(fù)責(zé)接收和發(fā)送物理幀，與具體的物理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)接口層提供應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分段、傳輸和確認(rèn)等。傳輸層處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)，例如分組的選路，以及在發(fā)送端和接收端之間建立“邏輯連接”。網(wǎng)絡(luò)層包含所有的高層協(xié)議，如FTP、TELNET、DNS、SMTP等，直接為用戶的應(yīng)用程序提供服務(wù)。應(yīng)用層01030204TCP/IP協(xié)議族體系結(jié)構(gòu)及各層功能典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析比較HTTP是超文本傳輸協(xié)議，用于從Web服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協(xié)議；HTTPS則是以安全為目標(biāo)的HTTP通道，簡單講是HTTP的安全版。TCP與UDP協(xié)議TCP是傳輸控制協(xié)議，提供可靠的、面向連接的通信服務(wù)；UDP則是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，提供無連接的、不可靠的通信服務(wù)，但效率較高。FTP與SFTP協(xié)議FTP是文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行文件傳輸；SFTP則是SSH文件傳輸協(xié)議，提供安全的文件傳輸服務(wù)。HTTP與HTTPS協(xié)議06數(shù)據(jù)通信設(shè)備簡介調(diào)制解調(diào)器工作原理及性能指標(biāo)調(diào)制解調(diào)器（Modem）是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號進(jìn)行傳輸，或?qū)⒔邮盏降哪M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的設(shè)備。在發(fā)送端，它將計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合線路傳輸?shù)哪M信號；在接收端，它將線路上的模擬信號轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號供計(jì)算機(jī)處理。工作原理調(diào)制解調(diào)器的性能指標(biāo)主要包括傳輸速率、誤碼率、信號質(zhì)量等。傳輸速率決定了數(shù)據(jù)的傳輸速度，誤碼率反映了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，而信號質(zhì)量則影響了傳輸距離和穩(wěn)定性。性能指標(biāo)網(wǎng)卡網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的接口設(shè)備，負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母袷?，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)狡渌O(shè)備。集線器集線器是一種多端口的中繼器，它可以將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起，使得它們可以共享網(wǎng)絡(luò)資源。集線器的工作方式是將接收到的信號廣播到所有端口，因此它不具備交換功能。交換機(jī)交換機(jī)是一種基于MAC地址識別的高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口，從而實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的通信。交換機(jī)具有高速、安全、靈活等特點(diǎn)。網(wǎng)卡、集線器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能介紹路由器路由器是一種連接不同網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，它可以根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。路由器具有強(qiáng)大的路由功能和豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，可以支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和連接方式。網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)是一種將不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接在一起的設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關(guān)通常具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可以支持多種不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)。路由器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備功能介紹在選擇數(shù)據(jù)通信設(shè)備時(shí)，需要考慮設(shè)備的性能、價(jià)格、兼容性、