【大學(xué)課件】數(shù)據(jù)通信DATA COMMUNICATIONS

數(shù)據(jù)通信DATACOMMUNICATIONS內(nèi)容大綱數(shù)據(jù)通信概述定義、特點、系統(tǒng)組成、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)編碼編碼基本概念、常用數(shù)字編碼方式、模擬信號數(shù)字化信號傳輸信號類型及特性、傳輸介質(zhì)、傳輸方式差錯控制差錯產(chǎn)生原因、差錯檢測方式、差錯糾正方法數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信是指通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)從一個設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備的過程。數(shù)據(jù)通信技術(shù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)等，對現(xiàn)代社會的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵要素數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵要素包括數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)接收方、傳輸介質(zhì)和通信協(xié)議。1.1定義及特點1定義數(shù)據(jù)通信是指通過電子信號在不同設(shè)備之間傳輸信息的科學(xué)，涉及硬件、軟件、協(xié)議和技術(shù)，讓信息在世界各地快速傳遞。2特點數(shù)據(jù)通信具有速度快、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、交互性強等優(yōu)點，促進了現(xiàn)代社會的數(shù)字化發(fā)展。1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)源產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，例如計算機、手機等。發(fā)送器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?，例如調(diào)制器。傳輸介質(zhì)傳輸信號的物理通道，例如雙絞線、光纖等。接收器將接收到的信號還原成數(shù)據(jù)，例如解調(diào)器。數(shù)據(jù)宿接收數(shù)據(jù)的目的地，例如計算機、服務(wù)器等。1.3數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的重要性標(biāo)準(zhǔn)確保不同設(shè)備之間的互操作性，使數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中暢通無阻地傳輸。常用標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3：以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層TCP/IP：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議套件，提供網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范USB：通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)，連接外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)接口2.數(shù)據(jù)編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘栃问?。?shù)字信號離散的信號，用數(shù)字表示數(shù)據(jù)，如0和1。模擬信號連續(xù)的信號，用波形表示數(shù)據(jù)，如聲音或圖像。2.1編碼基本概念模擬信號模擬信號是連續(xù)變化的信號，其幅度和頻率可以取任意值，如聲音、溫度和光線。數(shù)字信號數(shù)字信號是離散的信號，其幅度和頻率只能取有限的幾個值，通常用0和1表示，如計算機數(shù)據(jù)。2.2常用數(shù)字編碼方式ASCII編碼美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（ASCII）是目前最廣泛使用的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)。Unicode編碼Unicode是一種字符集，它包含了世界上大多數(shù)語言的字符。二進制編碼使用0和1來表示數(shù)據(jù)，適用于計算機內(nèi)部存儲和處理數(shù)據(jù)。2.3模擬信號數(shù)字化1采樣以一定頻率對模擬信號進行采樣2量化將采樣值映射到離散數(shù)值3編碼將量化值轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼信號傳輸信號傳輸是數(shù)據(jù)通信的核心環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)將編碼后的數(shù)據(jù)信號從發(fā)送端傳送到接收端。3.1信號類型及特性數(shù)字信號數(shù)字信號由離散的電平表示,通常是高電平或低電平.數(shù)字信號不易受噪聲干擾,傳輸距離更遠(yuǎn),更適合數(shù)據(jù)通信.模擬信號模擬信號由連續(xù)的電平表示,類似于聲音波形.模擬信號易受噪聲干擾,傳輸距離有限,不適合數(shù)據(jù)通信.3.2傳輸介質(zhì)1雙絞線價格低廉，易于安裝，適合短距離傳輸。2同軸電纜抗干擾能力強，適合傳輸較遠(yuǎn)距離。3光纖帶寬大，傳輸速率高，抗干擾能力強，適合長距離傳輸。4無線電波傳輸距離遠(yuǎn)，靈活性高，但容易受環(huán)境影響。3.3傳輸方式單工信息只能單向流動，如廣播電視雙工信息可以雙向流動，如電話半雙工信息可以雙向流動，但同一時間只能由一方發(fā)送差錯控制數(shù)據(jù)傳輸可靠性數(shù)據(jù)傳輸過程中，可能會因為噪聲干擾、信號衰減等原因?qū)е洛e誤。差錯控制策略差錯控制主要包含差錯檢測和差錯糾正，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜏?zhǔn)確性。4.1差錯產(chǎn)生原因傳輸介質(zhì)噪聲傳輸介質(zhì)本身的缺陷會引入噪聲，影響信號完整性。設(shè)備故障發(fā)送設(shè)備或接收設(shè)備的故障會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。干擾來自外部的干擾，例如雷電、電磁波等，也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。4.2差錯檢測方式奇偶校驗在數(shù)據(jù)位中添加一個校驗位，使數(shù)據(jù)位和校驗位中“1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。接收方檢查奇偶性是否一致來判斷是否有錯誤。循環(huán)冗余校驗(CRC)將數(shù)據(jù)位看作一個多項式，用一個預(yù)先設(shè)定的生成多項式進行模二除法，得到余數(shù)作為校驗碼。接收方進行相同的運算，比較余數(shù)是否一致來檢測錯誤。4.3差錯糾正方法糾正錯誤通過接收到的數(shù)據(jù)本身，判斷并糾正錯誤。檢錯糾錯碼例如海明碼，可以檢測和糾正單個比特錯誤。循環(huán)冗余校驗碼CRC碼，能檢測并糾正多個比特錯誤。5.數(shù)據(jù)鏈路控制數(shù)據(jù)鏈路層功能物理層提供的原始比特流并不可靠。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將原始比特流組織成幀，并提供差錯控制和流量控制機制。常用協(xié)議常見的鏈路層協(xié)議包括以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI等。這些協(xié)議定義了數(shù)據(jù)幀的格式、數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則和錯誤處理機制。5.1數(shù)據(jù)鏈路層功能幀封裝將數(shù)據(jù)分組封裝成幀，添加幀頭和幀尾，確保數(shù)據(jù)完整性和可靠性。差錯控制檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。流量控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速度，避免接收方過載，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。訪問控制控制對網(wǎng)絡(luò)資源的訪問權(quán)限，保障網(wǎng)絡(luò)安全。5.2常用數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以太網(wǎng)協(xié)議最廣泛使用的局域網(wǎng)協(xié)議，提供數(shù)據(jù)幀格式和訪問控制機制。無線局域網(wǎng)協(xié)議支持無線網(wǎng)絡(luò)連接，使用CSMA/CA協(xié)議進行信道訪問。USB協(xié)議用于連接外圍設(shè)備，提供高速數(shù)據(jù)傳輸和可靠性保證。計算機網(wǎng)絡(luò)概述定義與作用將不同地理位置的計算機互聯(lián)起來，共享資源，實現(xiàn)信息傳遞，并協(xié)同完成任務(wù)。分類與特點包括局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，不同類型的網(wǎng)絡(luò)擁有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)和通信協(xié)議。6.1網(wǎng)絡(luò)分類及特點1局域網(wǎng)(LAN)覆蓋范圍有限，連接同一個機構(gòu)或家庭中的計算機。2廣域網(wǎng)(WAN)覆蓋范圍廣，連接不同地點的計算機，跨越城市、省份甚至國家。3城域網(wǎng)(MAN)介于LAN和WAN之間，覆蓋一個城市或地區(qū)。6.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常采用分層模型，將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為不同的層次，每個層次負(fù)責(zé)特定的任務(wù)。協(xié)議規(guī)范每個層