数据通信基础
数据通信基础知识
数据通信基础知识数据通信是现代社会中不可或缺的一部分，它依赖于各类不同的网络技术、传输媒介以及各种通信设备来实现信息的传输。
数据通信作为计算机网络的一个分支领域，在信息技术的发展历史中，一直扮演着至关重要的角色。
因此，对于数据通信的基础知识的掌握，对于从事计算机行业的人员来说显得格外重要。
一、数据通信的基本概念数据通信指的是通过各种可以传输数据的设备或网络工具将数据以特定的格式从一处传输到另一处的通信过程。
数据本身是以二进制编码方式来存储和传输，这种编码方式只包括数字0和1。
在数据通信领域，每一个0和1被定义为一个比特，也就是二进制信息位。
数据通信是实现计算机之间连接的基础，我们是通过数据通信技术将计算机与其他设备和网络连接起来。
二、数据通信的主要组成部分1.信源：信源指的是产生和发送信息的物理设备。
比如计算机、手机等都是信源的代表。
信源产生的数据信号可能是按照数字或者模拟信号来产生。
2.编码器：在数据信号经过信源后，信源产生的信号不一定是经过处理的二进制码流，因此需要对信源产生的信号进行编码操作，将原始信号转换为正确的数码形式，这就要用到编码器。
3.信道：信道就是传输信息信号的传输媒介，信道的种类很多，例如：电缆、光纤、无线电波等等。
4.解码器：按照收发双方协议规定，收到的信息信号需要进行解码操作，将数码形式转换为指定的信号形式并还原原始信息。
5.信宿：信宿是指接收信息的物理设备，例如计算机、手机等。
三、数据通信的传输模式在数据通信中有两种主要的传输模式：串行传输和并行传输。
串行传输：串行传输是指每一个二进制数位依次流动地发出，它的传输速度比并行传输要慢很多，但是传输的反差强度高。
串行传输通常应用在一些要求传输距离较远、传输速度较慢但是信号质量要求比较高的场合，如电子标签、传感器等。
并行传输：并行传输就是将多个二进制数同时传输，它的传输速度比串行传输要快，但受到电磁干扰的影响也比串行传输严重。
第二章数据通信基础
数据传输以信号传输为基础，数据传输质 量的好坏，除了与发送和接收设备的性能 有关外，还取决于： • 传输信号本身的质量 • 传输信道的特性
2.1.3 通信方式
2.1.3.1 并行传输和串行传输
按照计算机系统各部件之间同时传送的 位数，可以分为并行传输和串行传输。 并行传输
• 串行传输
2.1.3.2 信道的通信方式
冗余（校验码）产生方法 ----即已知k(x)求R(x)的过程 生成多项式G(x):根据多项式理论求得的具 有某种特殊属性的多项式 生成多项式的国际标准： CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+x0 CRC-16=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT=x16+x12+x5+1 利用生成多项式，就可以通过k(x)求得R(x)
2.3 数据传输技术
2.3.1 多路复用技术
当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可 以将信道分割成若干个子信道，每个子信 道用来传输一种信号。 1.频分多路复用----FDM：频分多路复用要通 过频谱搬移技术，保证各路信号的频谱在 传输过程中在传输过程中不相干扰
2.时分多路复用----TDM 将使用信道的时间分成一个个的时间片， 每一路信号只能在自己的时间片内独占信 道进行传输。 · 同步TDM：时间片的分配是事先约定的，且 固定不变。 · 异步TDM：时间片是按需分配，事先申请。
5. 误码率：传输出错的码元数占传输总码元 数的比例。用来衡量数据通信系统在正常工 作情况下传输的可靠性。 Pe=Ne/N 意义：决定传输数据单元大小的一个重要依据。
6.吞吐量：单位时间传输的总信息量（bps） • 受网络拥挤程度影响 7.延迟时间：网络中相距最远的两个节点的 传输时间。 如:500m的同轴电缆，延迟时间是2.5us 卫星信道延迟时间是270ms
数据通信基础
有线通信 传输线缆 电话、有线电视、计算机网络
无线通信
电磁波
无线广播、无线电视、卫星通信
蜂窝无线通信 基站、PSTN结合 手机、移动通信
• 数据通信按照通信者的移动性分类
• 固定通信 • 移动通信
2、按允许通过的信号类型分类 （1）模拟信道 能够传输模拟信号的信道称为模拟信道。一般 来说，各种传输媒体都可以传输模拟信号。利用模 拟信道进行模拟信号传输的方式称为模拟传输。
数据通信模型
数据通信系统 数字比特流 模拟信号 公用电话网 调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统 调制解调器 目的系统 PC 机 模拟信号 数字比特流 正文
正文
PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
二、 数据通信方式的分类
数字信号通过实际的信道
• 失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输入信号波形 输出信号波形 (失真不严重)
• 失真严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
数据通信模型
• 信息是人类所创造的各种声、像、图、文形式的知识。 数据是信息在计算机中的表现形式。数据传输过程是将 信息从源站传到目标站。首先需要将信息用二进制代码 来表示，其次还要将二进制代码以一定的信号方式（如 电压、电流、脉冲等）来表示。然后将信号由信道进行 传输。到达接受方后，再根据这些信号恢复为数据代码， 从而使目标站得到源站发送端的信息。
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
数据通信基础
数据通信基础一．基础概念1．信号（signal）信息（information）是事物现象及其属性标识的集合，它是对不确定性的消除。
数据（data）是携带信息的载体。
信号（signal）是数据的物理表现，如电气或电磁。
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可以分为两大类：（1）模拟信号：连续信号，代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号：离散信号，代表消息的参数的取值是离散的。
2．频率（frequency）物理学中的频率是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。
信号通信中的频率往往是描述周期性循环信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量。
频率常用符号f或v表示，单位为赫兹（秒-1）。
常用单位换算：1kHz=1000Hz，1MHz=1000kHz，1GHz=1000MHz。
人耳听觉的频率范围约为20~20000Hz，超声波不为人耳所觉察；人的视觉停留大概是1/24秒，故影视帧率一般为24~30fps；中国电源是50Hz的正弦交流电，即一秒钟内做了50次周期性变化；GSM（全球移动通信系统）系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz等几个频段；WiFi（802.11b/g）和蓝牙（bluetooth）的工作频段为2.4GHz。
3．信号带宽（Signal Bandwidth）信号带宽即信号频谱的宽度，它是指信号中包含的频率范围，取值为信号的最高频率与最低频率之差。
例如对绞铜线为传统的模拟电话提供300～3400Hz的频带，即电话信号带宽为3400-300=3100Hz。
4．数据通信系统（Data Communication System）数据通信系统实现信息的传递，一个完整的数据通信系统可划分为三大组成部分：（1）信源（源系统：发送端、发送方）（2）信道（传输系统：传输网络）（3）信宿（目的系统：接收端、接收方）5．信道带宽（Channel Bandwidth）信道是指通信系统中传输信号的通道，信道包括通信线路和传输设备。
计算机网络基础(数据通信基础)课件
• 数据通信概述 • 数据传输方式 • 数据交换技术 • 数据链路控制 • 数据通信协议 • 数据通信网络安全
01 数据通信概述
数据通信的基本概念
01
02
03
数据通信定义
数据通信是实现计算机与 计算机之间、计算机与终 端之间以及终端与终端之 间信息交换的技术。
数据加密技术可以分为对称加密和公钥加密两种类型， 各有其适用的场景和优缺点。
防火墙技术
防火墙技术是用于防止未经授权的访问和恶意攻击的一种 安全技术。
防火墙可以阻止来自外部网络的非法访问和攻击，同时也 可以限制内部网络用户对外部网络的访问。
防火墙技术可以分为包过滤防火墙和应用层网关防火墙两 种类型。
IP协议通过IP地址来标识网络中的每个设备， 并使用路由算法来确定数据传输的最佳路径。
IP协议还提供了数据报文分片和重组功能，以 适应不同大小的数据报文在网络中传输。
06 数据通信网络安 全
数据通信网络安全概述
01
数据通信网络安全是确保数据在传输和存储过程中的机密性、完整性和可用性 的过程。
02
01
02
它采用全双工通信方式，支持流量控制和差错控制等功能。
HDLC协议具有简单、高效和可靠的特点，被广泛应用于数据通
03
信领域。
05 数据通信协议
数据通信协议的基本概念
数据通信协议是一组规则和标准，用于规范数据在计算机网络中的传输和交换。
它规定了数据如何在不同的设备之间传输，包括数据的格式、传输方式、传输顺序 以及控制信息等。
数据链路控制协议包 括物理层、数据链路 层和网络层协议。
它负责建立、维持和 终止通信链路，确保 数据的可靠传输。
数据通信基础
数据有两种类型：数字数据和模拟数据，前者的值是离散，如电 话号码、邮政编码等；而后者的值则是连续变化的量，如身高、体重 等。
3、信号
信号简单地说就是携带信息的传输介质。数据通信中信号是 数据在传输过程中的电磁波的表示形式。根据信号参量取值不同， 信号有两种表示形式：模拟信号(Analog Signal)与数字信号 (Digital Signal)
(2)调制速率 调制速率又称为码元速率，所谓码元是承载信息的基本
信号单位。码元速率是指单位时间内信号波形的变换次数， 即通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T，则码元 速率B=1/T。码元速率也叫波特率，通常用来表示调制解调 器之间传输信号的速率。
R=Blog2n (bps)
其中：R表示信号速率，B表示调制率，n为一个码元所携带的 信息量。当在二元调制方式中，码元所携带的信息量n =2， 即只有0和1两个离散值时，信号速率和调制速率相等( R=B)。
2.2 数据传输 介质
一般的，物理介质可大致分为有线介质（铜 线和光纤）和无线介质（电波和光波）。
有线介质是最常用也最简便的通信介质，一 直有大量的铜线和光纤应用于电话系统中。在广 域网领域，利用现成的电话系统线路进行通信传 输几乎是最实际也最简便的方式，而在局域网领 域，利用改进的专用线缆进行通信传输也简便易 行。常见的有线介质有双绞线、同轴电缆、光纤 等。
光纤和同轴电缆外形相似只是没有网状屏蔽层，光 纤由纤芯、封套及外套组成。纤芯由一玻璃或塑料组成， 封套是玻璃的，使光信号可以反射回去，沿着光纤进行 传输，外套则由塑料组成，用于防止外界的伤害和干扰。
根据传输点模数的不同，光纤分为单模 光纤（single-mode fiber）和多模光纤 （multi-mode fiber）两种(“模”是指以 一定角速度进入光纤的一束光)。单模光 纤采用激光二极管LD作为光源，而多模光 纤采用发光二极管LED为光源。
《数据通信基础》课件
超文本传输协议，用于在Web浏览器 和Web服务器之间传输网页内容。
03
数据交换技术
电路交换
电路交换是一种传统的通信交换 方式，通过建立电路连接来实现 数据传输。
电路交换的优点是数据传输稳定 、可靠，但资源利用率相对较低 。
在电路交换中，通信双方在通信 过程中始终占用通信资源，无论 是否传送数据。
数据通信的原理
通过传输信道，利用各种通信设备传输二进制数据，并在终 端设备上对数据进行处理和显示。
数据通信的特点
数据通信具有传输速度快、信息量大、可靠性高、灵活性强 等优点，广泛应用于军事、商业、科研等领域。
数据通信的分类
有线数据通信
通过有线信道传输数据，如光纤、同轴电缆等 。
无线数据通信
通过无线信道传输数据，如无线局域网、移动 通信等。
5G技术的发展趋势
随着技术的不断进步和应用需求的增加，5G技术将不断演 进和完善，未来将与人工智能、云计算等技术深度融合， 推动各行业的数字化转型。
物联网技术
物联网技术概述
物联网技术是指通过各种信息传 感器设备，实时采集物理世界的 信息，与互联网结合形成的一个 庞大的网络。
物联网技术的应用
场景
物联网技术在智能家居、智能交 通、智能工业等领域具有广泛的 应用前景，能够实现设备的远程 监控和管理，提高生产效率和生 活的便利性。
流。
02
数据传输技术
有线传输技术
光纤传输
利用光信号在光纤中传输数据，具有传输距离远、传输速度快、抗干扰能力强等优点。
铜线传输
利用双绞线或同轴电缆等传输数据，适用于短距离传输，成本较低。
专线传输
通过专用线路直接连接两个地点，传输质量较高，但成本也较高。
数据通信基础
UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线
屏蔽双绞线（STP）
优点： 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当
缺点： 安装不合适有可能引入外界干扰
2. 同轴电缆
同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽 层以及保护塑料外层所组成，如图所示。
图 【同轴电缆】
§2.1.2通信系统模型
通信系统模型 通信系统的三个基本要素：
➢信源是产生和发送信息的一端 ➢信道是信息传输的介质 ➢信宿是接受信息的一端
数据通信系统的实例
2.1.3 数据的传输方式
1、并行传输 数据以成组的方式在多条并行信道上同时进行传输。 方式：将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并
2.4数据交换
3、分组交换方工式
将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。
优点： 1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组——速度快； 2）转发延时小——适用于交互式通信； 3）某个分组出错仅重发该分组——效率高； 4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。 特点： 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。 2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。
电话机
例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。
单工、半双工与全双工通信综合比较
传 通信方 输
式方 向
固
单工
定 单
向
限
半双工
时 双
向
全双工
双 向
信
道 个
收发方的限制
数
优缺点
应用
1
一方只能发送，一 方只能接收
结构简单、效 率低、只能单 向传输信息
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一、数通概念；
数通全称是数据通信。
数据通信网络其实也就是我们平时常提的"Internet"。
“Internet”是国际计算机互联网的英文称谓。
它把分布在世界各地、各部门的电子计算机存储在信息总库里的信息资源通过电信网络联接起来，从而进行通信和信息交换，实现资源共享。
“Internet”在中国称为“中国公用计算机互联网”，英语称谓Chinanet，Chinanet 是全球Internet的一部分。
中国公用计算机互联网（Chinanet）在全国各城市都有接入点。
上海作为中国公用计算机互联网（Chinanet）的一个大节点，用户在任何地方接入中国公用计算机互联网（Chinanet），就可以与接入国际计算机互联网中的世界任何国家、单位、部门进行通信和信息交换，享用到各种通信服务和丰富的信息资源。
因特网优点：
１.国际计算机互联网（Internet）是一个开放的网络，不为某个人或某个组织所控制，人人都可自由参与；
２.信息量大、内容丰富；
３.不受时间、空间的限制；
４.入网方便，操作简单；
５.可以迅速、便宜地实现通信和信息交换，资源共享。
二、运营商数通网络结构：
运营商的网络结构一般分为3层：核心层、汇聚层、接入层。
直辖市之间通过高速网络互联构建起了核心网（又叫国干-一般带宽在10G以上），其主要作用是将下层网络传来的数据进行快速转发。
核心网同时也是国际互联的出口所在。
省内几个重要城市互联构建起了汇聚层（又称为省干-一般带宽在2.5G以上），其主要作用是快速转发省内各个城市之间的数据以及对流向核心网的数据流量进行汇聚。
接入层就是各个地市的本地网络了一般带宽较小155M或622M。
网络的3级构造互联：接入层将本地用户连接入网并对本地所有用户的流量进行汇聚。
之后接入汇聚层（省干），其将本省的用户流量汇聚后传入核心层（国干）。
国干在视情况将数据在本国的各省之间传递或直接传到国际网。
三、数通网络作用：
随着网络技术的不断发展数据通信这个概念已经包含了更多的内容。
以前运营商的网络按照不同的功能分为好几个网络，好比说电信以前为电话这个业务构建了PSTN网络，为宽带接入业务构建了A TM网络，为不同地市之间的互联业务构建了光网络。
现在这种传统
的格局已经被打破。
以上的所有业务都可以通过一个网络来进行承载，这个网络就是数据通信网络。
在现今的数据通信网络中有很多协议，通过它们我们可以把不同的业务、不同形式的数据打封装成为IP数据，是多种业务都可以通过数据网络进行传递。
那么为什么业务数据不能打封装成其他形式而通过其他网络传递呢？这是因为数据网络构建灵活多变、成本低廉、易于构建等多个因素决定的。
所以我们可以认为数据网络的作用就是承载现今常见业务（比如电话、上网、传真、视频等）一个网络。
四、常见数据网络设备：
路由器（ROUTER)：主要功能是决定一个数据到达目的地通过那条路径最短最好。
交换机(SWITCH)：它是网络的延伸，通过交换机我们可以使更多的用户连接入网络。
防火墙(FIREWALL)：针对网络中的不安全数据、会话以及端口进行过滤，消除网络中的不安全因素。
网络接入服务器(NAS)：对要接入网络的用户进行合法身份识别、进行记费、进行相应权限的下发等。
我校设备：
路由器：NE40-2、AR28-31
交换机：S6503、S3528G
网络接入服务器：MA5200G-2、MA5200F
防火墙：EUDEMON100。