【大学课件】数据通信DATA COMMUNICATIONS

数据通信DATACOMMUNICATIONS内容大纲数据通信概述定义、特点、系统组成、标准数据编码编码基本概念、常用数字编码方式、模拟信号数字化信号传输信号类型及特性、传输介质、传输方式差错控制差错产生原因、差错检测方式、差错纠正方法数据通信概述数据通信是指通过通信网络将数据从一个设备传输到另一个设备的过程。数据通信技术的应用数据通信技术广泛应用于各种领域，如互联网、移动通信、物联网等，对现代社会的发展起着至关重要的作用。数据通信的关键要素数据通信的关键要素包括数据源、数据接收方、传输介质和通信协议。1.1定义及特点1定义数据通信是指通过电子信号在不同设备之间传输信息的科学，涉及硬件、软件、协议和技术，让信息在世界各地快速传递。2特点数据通信具有速度快、容量大、传输距离远、交互性强等优点，促进了现代社会的数字化发展。1.2数据通信系统组成数据源产生要传输的数据，例如计算机、手机等。发送器将数据转换成适合在传输介质上传输的信号，例如调制器。传输介质传输信号的物理通道，例如双绞线、光纤等。接收器将接收到的信号还原成数据，例如解调器。数据宿接收数据的目的地，例如计算机、服务器等。1.3数据通信标准标准的重要性标准确保不同设备之间的互操作性，使数据能够在网络中畅通无阻地传输。常用标准IEEE802.3：以太网标准，定义了物理层和数据链路层TCP/IP：互联网协议套件，提供网络通信的标准规范USB：通用串行总线标准，连接外设的标准接口2.数据编码将数据转换为适合在通信系统中传输的信号形式。数字信号离散的信号，用数字表示数据，如0和1。模拟信号连续的信号，用波形表示数据，如声音或图像。2.1编码基本概念模拟信号模拟信号是连续变化的信号，其幅度和频率可以取任意值，如声音、温度和光线。数字信号数字信号是离散的信号，其幅度和频率只能取有限的几个值，通常用0和1表示，如计算机数据。2.2常用数字编码方式ASCII编码美国信息交换标准码（ASCII）是目前最广泛使用的字符编码标准。Unicode编码Unicode是一种字符集，它包含了世界上大多数语言的字符。二进制编码使用0和1来表示数据，适用于计算机内部存储和处理数据。2.3模拟信号数字化1采样以一定频率对模拟信号进行采样2量化将采样值映射到离散数值3编码将量化值转换为数字代码信号传输信号传输是数据通信的核心环节，负责将编码后的数据信号从发送端传送到接收端。3.1信号类型及特性数字信号数字信号由离散的电平表示,通常是高电平或低电平.数字信号不易受噪声干扰,传输距离更远,更适合数据通信.模拟信号模拟信号由连续的电平表示,类似于声音波形.模拟信号易受噪声干扰,传输距离有限,不适合数据通信.3.2传输介质1双绞线价格低廉，易于安装，适合短距离传输。2同轴电缆抗干扰能力强，适合传输较远距离。3光纤带宽大，传输速率高，抗干扰能力强，适合长距离传输。4无线电波传输距离远，灵活性高，但容易受环境影响。3.3传输方式单工信息只能单向流动，如广播电视双工信息可以双向流动，如电话半双工信息可以双向流动，但同一时间只能由一方发送差错控制数据传输可靠性数据传输过程中，可能会因为噪声干扰、信号衰减等原因导致错误。差错控制策略差错控制主要包含差错检测和差错纠正，保证数据传输的完整性和准确性。4.1差错产生原因传输介质噪声传输介质本身的缺陷会引入噪声，影响信号完整性。设备故障发送设备或接收设备的故障会导致数据传输错误。干扰来自外部的干扰，例如雷电、电磁波等，也会导致数据传输错误。4.2差错检测方式奇偶校验在数据位中添加一个校验位，使数据位和校验位中“1”的个数为奇数或偶数。接收方检查奇偶性是否一致来判断是否有错误。循环冗余校验(CRC)将数据位看作一个多项式，用一个预先设定的生成多项式进行模二除法，得到余数作为校验码。接收方进行相同的运算，比较余数是否一致来检测错误。4.3差错纠正方法纠正错误通过接收到的数据本身，判断并纠正错误。检错纠错码例如海明码，可以检测和纠正单个比特错误。循环冗余校验码CRC码，能检测并纠正多个比特错误。5.数据链路控制数据链路层功能物理层提供的原始比特流并不可靠。数据链路层负责将原始比特流组织成帧，并提供差错控制和流量控制机制。常用协议常见的链路层协议包括以太网、令牌环网和FDDI等。这些协议定义了数据帧的格式、数据传输规则和错误处理机制。5.1数据链路层功能帧封装将数据分组封装成帧，添加帧头和帧尾，确保数据完整性和可靠性。差错控制检测和纠正数据传输过程中的错误，确保数据的准确性。流量控制调节数据发送速度，避免接收方过载，确保数据传输的稳定性。访问控制控制对网络资源的访问权限，保障网络安全。5.2常用数据链路层协议以太网协议最广泛使用的局域网协议，提供数据帧格式和访问控制机制。无线局域网协议支持无线网络连接，使用CSMA/CA协议进行信道访问。USB协议用于连接外围设备，提供高速数据传输和可靠性保证。计算机网络概述定义与作用将不同地理位置的计算机互联起来，共享资源，实现信息传递，并协同完成任务。分类与特点包括局域网、广域网、互联网等，不同类型的网络拥有不同的拓扑结构、传输介质和通信协议。6.1网络分类及特点1局域网(LAN)覆盖范围有限，连接同一个机构或家庭中的计算机。2广域网(WAN)覆盖范围广，连接不同地点的计算机，跨越城市、省份甚至国家。3城域网(MAN)介于LAN和WAN之间，覆盖一个城市或地区。6.2网络体系结构分层结构网络体系结构通常采用分层模型，将网络功能划分为不同的层次，每个层次负责特定的任务。协议规范每个层