《現(xiàn)代通信技術課件》第四章數(shù)據(jù)通信

《現(xiàn)代通信技術課件》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)傳輸技術數(shù)據(jù)交換技術差錯控制方法網(wǎng)絡協(xié)議與體系結構數(shù)據(jù)通信設備簡介01數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機、終端或設備之間傳輸數(shù)據(jù)時所采用的交換、傳輸和處理技術的總稱。定義包括傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性高、傳輸速率快、通信量大等，適用于計算機與計算機、計算機與終端、終端與終端之間的通信。特點數(shù)據(jù)通信定義與特點用于處理數(shù)據(jù)的設備，如計算機、終端等。數(shù)據(jù)終端設備（DTE）用于連接DTE和傳輸線路的設備，如調(diào)制解調(diào)器。數(shù)據(jù)電路終接設備（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率衡量數(shù)據(jù)傳輸準確性的指標，包括誤碼率和誤信率。誤碼率指傳輸過程中發(fā)生差錯的比特數(shù)與總比特數(shù)之比；誤信率指傳輸過程中發(fā)生差錯的信息量與總信息量之比。時延指數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩怂璧臅r間，包括傳播時延、發(fā)送時延和排隊時延等。時延越小，通信效率越高。吞吐量指單位時間內(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02數(shù)據(jù)傳輸技術基帶傳輸在數(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行傳輸，傳輸介質(zhì)通常為模擬信道，如電話線、同軸電纜等?；鶐鬏斉c頻帶傳串行傳輸數(shù)據(jù)在傳輸線上按位進行傳輸，即一位接一位地進行傳輸，通常用于遠距離通信。并行傳輸數(shù)據(jù)在傳輸線上同時傳輸多位，即數(shù)據(jù)的各位同時發(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)一的時鐘信號進行數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)的正確性和完整性。同步技術發(fā)送方和接收方各自使用自己的時鐘信號進行數(shù)據(jù)傳輸，通過特定的同步機制來確保數(shù)據(jù)的正確性。異步技術同步技術與異步技術將信道的可用頻帶分割成若干互不交疊的頻段，每個頻段分配給一個信號進行傳輸。頻分多路復用（FDM）時分多路復用（TDM）波分多路復用（WDM）碼分多路復用（CDM）將信道的時間分成若干時隙，每個時隙分配給一個信號進行傳輸。在光通信中，將不同波長的光信號復用到同一根光纖中進行傳輸。通過不同的編碼方式區(qū)分不同的信號，實現(xiàn)多路信號的同時傳輸。多路復用技術03數(shù)據(jù)交換技術電路交換原理及應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階段。應用場景電路交換主要適用于實時性要求較高的通信業(yè)務，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。報文交換是一種存儲轉發(fā)的交換方式，它將用戶的報文存儲在交換機的存儲器中，當輸出電路空閑時，再將報文發(fā)往下一個交換機或用戶終端。原理報文交換適用于傳輸數(shù)據(jù)量較大、但實時性要求不高的通信業(yè)務，如電子郵件。在電子郵件系統(tǒng)中，用戶的郵件被存儲在郵件服務器上，等待收件人上線后再進行轉發(fā)。應用場景報文交換原理及應用場景VS分組交換也是一種存儲轉發(fā)的交換方式，但它不是以整個報文為單位進行存儲轉發(fā)，而是將報文劃分成若干個分組，每個分組獨立進行傳輸和轉發(fā)。應用場景分組交換適用于數(shù)據(jù)傳輸量較大、且需要保證一定實時性的通信業(yè)務，如在線視頻、網(wǎng)絡電話等。在這些應用中，數(shù)據(jù)被分成多個分組進行傳輸，可以充分利用網(wǎng)絡帶寬，提高傳輸效率。原理分組交換原理及應用場景

不同交換技術比較電路交換實時性強、適用于語音通信等；但資源利用率低、靈活性差。報文交換資源利用率高、靈活性好；但實時性差、適用于非實時性業(yè)務。分組交換結合了電路交換和報文交換的優(yōu)點，既保證了實時性又提高了資源利用率；但需要復雜的協(xié)議支持、實現(xiàn)難度較大。04差錯控制方法差錯產(chǎn)生原因包括信道噪聲、干擾、信號衰減、設備故障等。差錯對通信的影響導致數(shù)據(jù)傳輸錯誤、丟失或延誤，降低通信質(zhì)量。差錯產(chǎn)生原因及影響分析通過對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼和校驗，發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。包括前向糾錯、自動重傳請求和混合糾錯等?；驹矸椒ǚ诸惒铄e控制基本原理和方法分類檢錯碼奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗碼等，用于檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中是否發(fā)生錯誤。要點一要點二糾錯碼海明碼、BCH碼等，不僅能檢測錯誤，還能糾正一定數(shù)量的錯誤。常用檢錯碼和糾錯碼介紹在數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛應用差錯控制技術，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。通信系統(tǒng)存儲系統(tǒng)其他應用領域在計算機存儲系統(tǒng)中也采用差錯控制技術，保護數(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域也廣泛應用差錯控制技術。030201差錯控制在實際系統(tǒng)中應用05網(wǎng)絡協(xié)議與體系結構網(wǎng)絡協(xié)議定義為計算機網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合。功能層次劃分將網(wǎng)絡協(xié)議劃分為多個層次，每個層次負責不同的功能，以實現(xiàn)復雜的網(wǎng)絡通信。網(wǎng)絡協(xié)議定義和功能層次劃分負責傳輸比特流，規(guī)定了電氣、機械、過程和功能標準。物理層負責在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數(shù)據(jù)鏈路，提供差錯控制和流量控制功能。數(shù)據(jù)鏈路層負責為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務，選擇合適的路由和邏輯地址。網(wǎng)絡層OSI參考模型各層功能介紹傳輸層會話層表示層應用層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，處理數(shù)據(jù)分段、錯誤控制、數(shù)據(jù)流量控制等問題。負責數(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。負責建立、管理和終止會話，以及會話過程中的數(shù)據(jù)交換。為用戶提供各種網(wǎng)絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)絡瀏覽等。負責接收和發(fā)送物理幀，與具體的物理網(wǎng)絡相關。網(wǎng)絡接口層提供應用程序之間的通信服務，負責數(shù)據(jù)的分段、傳輸和確認等。傳輸層處理分組在網(wǎng)絡中的活動，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)絡層包含所有的高層協(xié)議，如FTP、TELNET、DNS、SMTP等，直接為用戶的應用程序提供服務。應用層01030204TCP/IP協(xié)議族體系結構及各層功能典型網(wǎng)絡協(xié)議分析比較HTTP是超文本傳輸協(xié)議，用于從Web服務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；UDP則是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，提供無連接的、不可靠的通信服務，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)絡上進行文件傳輸；SFTP則是SSH文件傳輸協(xié)議，提供安全的文件傳輸服務。HTTP與HTTPS協(xié)議06數(shù)據(jù)通信設備簡介調(diào)制解調(diào)器工作原理及性能指標調(diào)制解調(diào)器（Modem）是一種將數(shù)字信號轉換為模擬信號進行傳輸，或?qū)⒔邮盏降哪M信號轉換為數(shù)字信號的設備。在發(fā)送端，它將計算機的數(shù)字信號轉換為適合線路傳輸?shù)哪M信號；在接收端，它將線路上的模擬信號轉換回數(shù)字信號供計算機處理。工作原理調(diào)制解調(diào)器的性能指標主要包括傳輸速率、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)臏蚀_性，而信號質(zhì)量則影響了傳輸距離和穩(wěn)定性。性能指標網(wǎng)卡網(wǎng)卡是計算機與網(wǎng)絡進行通信的接口設備，負責將計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉換為適合網(wǎng)絡傳輸?shù)母袷?，并通過網(wǎng)絡傳輸?shù)狡渌O備。集線器集線器是一種多端口的中繼器，它可以將多個網(wǎng)絡設備連接在一起，使得它們可以共享網(wǎng)絡資源。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。交換機交換機是一種基于MAC地址識別的高性能網(wǎng)絡設備，它可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址將數(shù)據(jù)幀轉發(fā)到相應的端口，從而實現(xiàn)不同設備之間的通信。交換機具有高速、安全、靈活等特點。網(wǎng)卡、集線器、交換機等網(wǎng)絡設備功能介紹路由器路由器是一種連接不同網(wǎng)絡的設備，它可以根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡轉發(fā)到另一個網(wǎng)絡。路由器具有強大的路由功能和豐富的網(wǎng)絡接口，可以支持多種網(wǎng)絡協(xié)議和連接方式。網(wǎng)關網(wǎng)關是一種將不同協(xié)議的網(wǎng)絡連接在一起的設備，它可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的協(xié)議轉換和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關通常具有多個網(wǎng)絡接口和協(xié)議轉換功能，可以支持多種不同的網(wǎng)絡應用和服務。路由器、網(wǎng)關等網(wǎng)絡連接設備功能介紹在選擇數(shù)據(jù)通信設備時，需要考慮設備的性能、價格、兼容性、