【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(diǎn)、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(hào)數(shù)字化信號(hào)傳輸信號(hào)類(lèi)型及特性、傳輸介質(zhì)、傳輸方式差錯(cuò)控制差錯(cuò)產(chǎn)生原因、差錯(cuò)檢測(cè)方式、差錯(cuò)糾正方法數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信是指通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備的過(guò)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(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)等，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)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?cái)?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(diǎn)1定義數(shù)據(jù)通信是指通過(guò)電子信號(hào)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(diǎn)數(shù)據(jù)通信具有速度快、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了現(xiàn)代社會(huì)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(jì)算機(jī)、手機(jī)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?hào)，例如調(diào)制器。傳輸介質(zhì)傳輸信號(hào)的物理通道，例如雙絞線(xiàn)、光纖等。接收器將接收到的信號(hào)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(jì)算機(jī)、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(wú)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(xiàn)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?hào)形式。數(shù)字信號(hào)離散的信號(hào)，用數(shù)字表示數(shù)據(jù)，如0和1。模擬信號(hào)連續(xù)的信號(hào)，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(hào)模擬信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào)，其幅度和頻率可以取任意值，如聲音、溫度和光線(xiàn)。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是離散的信號(hào)，其幅度和頻率只能取有限的幾個(gè)值，通常用0和1表示，如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。2.2常用數(shù)字編碼方式ASCII編碼美國(guó)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(yǔ)言的字符。二進(jìn)制編碼使用0和1來(lái)表示數(shù)據(jù)，適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。2.3模擬信號(hào)數(shù)字化1采樣以一定頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)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(hào)傳輸信號(hào)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(hào)從發(fā)送端傳送到接收端。3.1信號(hào)類(lèi)型及特性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)由離散的電平表示,通常是高電平或低電平.數(shù)字信號(hào)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(hào)模擬信號(hào)由連續(xù)的電平表示,類(lèi)似于聲音波形.模擬信號(hào)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(xiàn)價(jià)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(qiáng)，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(qiáng)，適合長(zhǎng)距離傳輸。4無(wú)線(xiàn)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(dòng)，如廣播電視雙工信息可以雙向流動(dòng)，如電話(huà)半雙工信息可以雙向流動(dòng)，但同一時(shí)間只能由一方發(fā)送差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)傳輸可靠性數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)樵肼暩蓴_、信號(hào)衰減等原因?qū)е洛e(cuò)誤。差錯(cuò)控制策略差錯(cuò)控制主要包含差錯(cuò)檢測(cè)和差錯(cuò)糾正，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜏?zhǔn)確性。4.1差錯(cuò)產(chǎn)生原因傳輸介質(zhì)噪聲傳輸介質(zhì)本身的缺陷會(huì)引入噪聲，影響信號(hào)完整性。設(shè)備故障發(fā)送設(shè)備或接收設(shè)備的故障會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。干擾來(lái)自外部的干擾，例如雷電、電磁波等，也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。4.2差錯(cuò)檢測(cè)方式奇偶校驗(yàn)在數(shù)據(jù)位中添加一個(gè)校驗(yàn)位，使數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。接收方檢查奇偶性是否一致來(lái)判斷是否有錯(cuò)誤。循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)將數(shù)據(jù)位看作一個(gè)多項(xiàng)式，用一個(gè)預(yù)先設(shè)定的生成多項(xiàng)式進(jìn)行模二除法，得到余數(shù)作為校驗(yàn)碼。接收方進(jìn)行相同的運(yùn)算，比較余數(shù)是否一致來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤。4.3差錯(cuò)糾正方法糾正錯(cuò)誤通過(guò)接收到的數(shù)據(jù)本身，判斷并糾正錯(cuò)誤。檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼例如海明碼，可以檢測(cè)和糾正單個(gè)比特錯(cuò)誤。循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC碼，能檢測(cè)并糾正多個(gè)比特錯(cuò)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(cuò)控制和流量控制機(jī)制。常用協(xié)議常見(jiàn)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(cuò)誤處理機(jī)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(cuò)控制檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)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(guò)載，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。訪問(wèn)控制控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的訪問(wèn)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(wèn)控制機(jī)制。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)協(xié)議支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，使用CSMA/CA協(xié)議進(jìn)行信道訪問(wèn)。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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述定義與作用將不同地理位置的計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來(lái)，共享資源，實(shí)現(xiàn)信息傳遞，并協(xié)同完成任務(wù)。分類(lèi)與特點(diǎn)包括局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，不同類(lèi)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(lèi)及特點(diǎn)1局域網(wǎng)(LAN)覆蓋范圍有限，連接同一個(gè)機(jī)構(gòu)或家庭中的計(jì)算機(jī)。2廣域網(wǎng)(WAN)覆蓋范圍廣，連接不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)，跨越城市、省份甚至國(guó)家。3城域網(wǎng)(MAN)介于LAN和WAN之間，覆蓋一個(gè)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(gè)層次負(fù)責(zé)特定的任務(wù)。協(xié)議規(guī)范每個(gè)層