[工学]第五章 数据通信技术
工程师通信工程中的数据通信
工程师通信工程中的数据通信在现代社会，数据通信已经成为了工程师通信工程中不可或缺的一部分。
无论是在通信设备的设计与开发、网络建设与维护，还是在数据传输与处理方面，数据通信都扮演着重要的角色。
本文将详细介绍工程师通信工程中的数据通信，包括其定义、应用领域、常见技术及挑战。
一、数据通信的定义数据通信是指在通信系统中，将数据从一个地方传输到另一个地方的过程。
它通过将数据转换为电信号，并利用电磁波通过导线、光纤或无线传输，实现数据的远程传输。
数据通信是信息通信的核心技术之一，广泛应用于工程师通信工程中的各个领域。
二、数据通信的应用领域1. 通信设备设计与开发：在通信设备的设计与开发过程中，数据通信技术被用于实现设备之间的信息交流。
例如，手机、电视、路由器等通信设备都需要使用数据通信技术来实现数据的传输和处理。
2. 网络建设与维护：在网络建设与维护中，数据通信技术被广泛应用于实现数据在网络中的传输和交换。
无论是局域网、广域网还是互联网，数据通信都是网络正常运行的基础。
3. 数据传输与处理：在数据传输与处理过程中，数据通信技术被用于实现数据的快速、可靠地传输。
例如，在大规模数据中心中，数据通信技术可以实现数据的快速传输和存储。
三、数据通信的常见技术1. 数字信号处理（DSP）：数字信号处理是将模拟信号转换为数字信号，通过数学算法对数字信号进行处理和分析的技术。
它在数据通信中起到了至关重要的作用，可以实现数据的编码、解码、压缩和解压缩等功能。
2. 调制解调器技术（Modem）：调制解调器技术是将数字信号转换为模拟信号或将模拟信号转换为数字信号的技术。
在数据通信中，调制解调器技术被广泛用于实现信号的调制与解调，以便在不同的传输介质上进行数据的传输。
3. 光纤通信技术：光纤通信技术利用光纤作为传输介质，将数字信号转换为光信号，并通过光纤进行传输。
由于其传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优势，光纤通信技术被广泛应用于长距离、高速率的数据通信中。
数据通信技术基础
数据通信技术基础数据通信技术基础数据通信系统的性能指标数据传输速率传码速率⼜称为调制速率、波特率，记作NBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个，单位是波特（Baud）。
传信速率⼜称为⽐特率，记作Rb, 是指在数据通信系统中，每秒钟传输⼆进制码元的个数，单位是⽐特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。
千⽐每秒，即 kb/s （103 b/s）兆⽐每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉⽐每秒，即 Gb/s（109 b/s）太⽐每秒，即 Tb/s（1012 b/s）计算⽅式信道带宽信号带宽：(bandwidth)是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
模拟信道：表⽰通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路带宽(通频带)。
数字信道：“带宽”是所能传送的“最⾼数据率”同义语，单位是“⽐特每秒”。
误码率时延发送时延发送时延：⼜称为传输时延，发送数据时，使数据块从结点进⼊到传输媒体所需要的时间。
信道带宽：数据在信道上的发送速率。
常称为数据在信道上的传输速率。
发送时延 = 数据块长度（⽐特） / 信道带宽（⽐特/秒）传播时延传播时延：电磁波在信道中需要传播⼀定的距离⽽花费的时间。
信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
传播时延 = 信道长度（⽶） / 信号在信道上的传播速率（⽶/秒）处理时延处理时延：交换结点为存储转发⽽进⾏⼀些必要的处理所花费的时间。
结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。
处理时延的长短往往取决于⽹络中当时的通信量。
数据从源点到达⽬的点所经历的总时延就是发送时延、 传播时延和处理时延之和：总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延信道容量信道容量是指在⼀定的条件下，给定通信路径（信道）上所能达到的最⼤数据传输速率。
奈⽒准则：在理想的条件下，即⼀个⽆噪声，带宽为W 赫兹的信道，其传码速率最⾼为2W 波特。
数据通信技术简介
第1章 1.4 数据通信技术简介
(1) 信息（Information） 通信传输过程中包含的内容，其载体一般为数字、 文字、语音和图像等
(2) 数据 信息的载体，一般用二进制代码表示
(3) 信号 数据在传输过程中的表示形式 分为模拟信号和数字信号两类
– 模拟信号是连续变化的 – 数字信号是分立离散的
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1.4.2 常用通信系统
第1章 1.4 数据通信技术简介
公用电话系统 移动电话系统 卫星通信系统 ISDN综合业务数字网络 ADSL与Cable Modem
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常用通信系统
1. 公用电话系统
第1章 1.4 数据通信技术简介
过程
– 拨号 → 转换为代码→ 当地的交换中心 – 解析拨入的电话号码，并判断出目的地 – 线路交换方式，建立通道，发送响铃信号 – 摘机通话、挂机结束连接
信道：信号传输的通路(通信线路)
信道分类：
(1)模拟信道和数字信道：按传输信号类型来分 原始、调制模拟信号、二进制数字信号
(2)物理信道和逻辑信道：按物理、逻辑性来分
传输介质、通信设备、信号逻辑路径
(3) 有线信道和无线信道：按传输通路介质来分 有形介质(线、缆)、无形介质(空气、太空)
(4)专用信道和公用信道：按通路使用权限来分 固定、专线、大型公共信道
– 高速下行通道：1.5Mbps-9Mbps 用于下载 – 中速双工通道：16Kbps-1Mbps 用于上传 – 普通电话服务：老式电话服务
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ADSL与Cable Modem
第1章 1.4 数据通信技术简介
数据通信技术基础
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数据通信技术基础
2.1 数据通信基本概念
– 2． 信号 – 信号是数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，信号 是数据的电编码、电磁编码或其它编码等。 – 信号可以分为模拟信号和数字信号。
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数据通信技术基础
2.1 数据通信基本概念
– 3． 数字数据与模拟数据 – 信号是数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，信号 是数据的电编码、电磁编码或其它编码等。 – 信号可以分为模拟信号和数字信号。 – 当数据采用离散的电信号方式表达时，这样的数据就是 数字数据。 – 当数据采用电波表示时这样的数据就是模拟数据。
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数据通信技术基础
2.1 数据通信基本概念
2.1.2 数据、信息和信号 – 1． 数据与信息
– 数据是由数字、字符和符号等组成，可以用来描述任何概 念和事物，是传送信息的载体。
– 信息则是数据的具体内容和解释，有具体的意义。信息是 数据经过加工处理后得到的，即信息是按一定要求以一定 格式组织起来的、具有一定意义的数据。
– 1．信源和信宿 – 信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿 就是信息的接收端，是接收所传送信息的设备。大部分信 源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备。
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数据通信技术基础
2.1 数据通信基本概念
– 2． 信号变换器 – 信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道 上传输的信号。
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数据通信技术基础
2.1 数据通信基本概念
2.1.1 简单的通信模型 – 通信系统的基本作用是在发送方(信源)和接收方(信宿)之间传递 和交换信息。数据通信系统的基本组成有三要素：信源、信宿 和信道。
数字通信原理第5章 数字信号传输
这一信号传输速率与理想低通截止 频率的关系就是数字信号传输的一个重 要准则——奈奎斯特第一准则，简称奈 氏第一准则。
3.滚降低通传输网络
具有奇对称滚降特性的低通滤波器作 为图5-7所示的传输网络。 图5-12定性画出滚降低通的幅频特性。
图5-12 滚降低通的幅频特性
1 / 2) 只要滚降低通的幅频特性以 C( f c， 点呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的 条件（此时仍需满足符号速率= 2 f c ）。
图5-1 二进制数字信号信号序列的基本波形
图5-3是几种随机二进制数字信号序 列的功率谱曲线（设“0”码和“1”码 出现的概率均为1/2）。
图5-3 二进制数字信号序列的功率谱
经分析得出，随机二进制数字信号 序列的功率谱包括连续谱和离散谱两个 部分（图中箭头表示离散谱分量，连续 曲线表示连续谱分量）。
图5-15
AMI码及功率谱
例如： 二进码序列：1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 AMI码序列：+l-10 +1 0 0-1 0 0 0+1-1 AMI码符合要求，是CCITT建议采 用的传输码型之一。
但AMI码的缺点是二进码序列中的“0” 码变换后仍然是“0”码，如果原二进码序列 中连“0”码过多，AMI码中便会出现长连 “0”，这就不利于定时钟信息的提取。 为了克服这一缺点，引出了HDB3码。
信道是各种电缆，其传递函数是L（）， n（t）为噪声干扰。
接收滤波器的传递函数为E（ ）, 其作用是限制带外噪声进入接收系统以 提高判决点的信噪比，另外还参与信号 的波形形成（形成判决点的波形）。
接收滤波器的输出端（称为抽样判决 点或简称判决点）波形用R（t）表示，其 频谱为R（ ）。
数据通信-5章-令牌环-FDDI
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数据通信与网络基础
A
T
B
A
A TO D
B
C
D
C
D
a 令牌在环中循环
b 站点A获取令牌， 并传送数据到D
A
B
A TO D
A
T
B
C
D
C
D
c 站点D复制数据帧， 然后将数据发送回环
d 站点A接收帧并释 放令牌
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令牌传递
数据通信与网络基础
5.1.2 例 令牌传递如上图所示。当网络空闲时， 它便传播一个简单3字节令牌。这个令牌 按顺序从一个NIC传递到下一个NIC ，直 到遇到一个有数据要传送的站点。这个 站点等待令牌进入它的NIC。如果令牌是 空闲的，这个站点就可以发送一个数据 帧。这个站点保留这个令牌，并在自己 的NIC中设置一位作为提示，然后站点开 始发送数据帧。数据帧将继续沿环前进， 由每个站点重新生成。每个中间站点都 检查帧的目标地址，发现帧的目标地址 是其它站点，于是发给下个站点。当数 据帧到达接收站点时，该站点识别出自 己的地址，同时拷贝该帧，检测错误， 并改变帧最后4位以表示地址已被识别， 帧被拷贝，整个包接着继续沿环前进， 直到回到发送点，吸收该帧，将令牌释 放回环。
– 信令： 令牌环使用差分曼彻斯特编码 – 数据速率： 令牌环支持高达16Mbps的数据 速率（最初设计规范是4Mbps）
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数据通信与网络基础
5.1.3 令牌环要素 • 帧格式 令牌环提供3种类型的帧格式：数据 命令帧、令牌帧、异常终止帧。
– 数据/命令帧：该帧是3种帧中唯一可以携带 PDU的帧，同时也是唯一可以写明目标站点 地址的帧。帧的9个字段是起始分界符 （SD）、访问控制（AC）、帧控制（FC）、 目标地址（DA）、源地址（SA）、802.2 PDU 帧、CRC、结束分界符（ED、帧状态 （FS）。 – 令牌帧：包含3个字段。SD指明帧即将到来、 AC在指明帧是令牌的同时还包括一个优先级 域和预留域、ED指明帧的结束。 – 异常终止帧：该帧不包含任何信息，仅仅作 起始和结束分界符。可以由发送方产生，用 来停止自己的传输，也可以由监控站点产生， 用来清除线路上旧的传输。
第5章 数据通信协议PPT课件
AI Layer 2 AI Layer 1
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DMR空中接口协议物理层
物理层 (layer 1) 用于处理由比特组成的物理突发，其主要包括以下功能： -modulation and demodulation;（调制和解调） -transmitter and receiver switching;（发射和接收切换） -RF characteristics;（射频特性） -bits and symbol definition;（比特和符号定义） -frequency and symbol synchronisation;（频率和符号同步） -burst building.（突发建立）
应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
通信子网 网络层
数据链路层 物理层
物理媒 质
OSI 参考模型
应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
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各层功能--物理层（Physical Layer）
物理层主要讨论在通信线路上比特流的传输问题。 这一层协议描述传输媒质的电气、机械、功能和过程的
LT
应用层
应用层
表示层
表示层
会话层
会话层
运输层
运输层
网络层
网络层
链路层
链路层
物理层
物理层
物理通道
数据 AH
PH
SH
TH
NH
LH
LT
AH：应用层头；PH：表示层头；SH：会话层头；TH：运输层 头；NH：网络层头；LH：链路层头；LT：链路层尾。
每一层为了达到协议要求都增加了自己层所需要的头信息，因此 可以看出，经过各层之后，信息已经被膨胀了许多。
数据通信网络技术手册
数据通信网络技术手册第一章数据通信基础 (2)1.1 数据通信概述 (2)1.2 数据通信模型 (3)第二章传输介质与接口技术 (4)2.1 有线传输介质 (4)2.1.1 双绞线 (4)2.1.2 同轴电缆 (4)2.1.3 光纤 (4)2.1.4 电力线 (4)2.2 无线传输介质 (4)2.2.1 无线电波 (4)2.2.2 微波 (4)2.2.3 红外线 (5)2.2.4 蓝牙 (5)2.3 接口技术概述 (5)2.3.1 物理接口 (5)2.3.2 逻辑接口 (5)2.4 常用接口标准 (5)2.4.1 以太网接口 (5)2.4.2 串行通信接口 (5)2.4.3 USB接口 (5)2.4.4 HDMI接口 (5)第三章网络协议与标准 (6)3.1 网络协议概述 (6)3.2 常用网络协议 (6)3.3 网络标准组织 (7)第四章数据链路层与网络层 (7)4.1 数据链路层概述 (7)4.2 常用数据链路层协议 (7)4.3 网络层概述 (8)4.4 常用网络层协议 (8)第五章路由与交换技术 (8)5.1 路由器工作原理 (8)5.2 路由算法 (8)5.3 交换技术概述 (9)5.4 常用交换技术 (9)第六章网络安全 (10)6.1 网络安全概述 (10)6.2 常用安全策略 (10)6.3 防火墙技术 (10)6.4 入侵检测与防范 (10)第七章网络管理 (11)7.1 网络管理概述 (11)7.2 网络管理协议 (11)7.3 网络管理系统 (12)7.4 网络管理技术 (12)第八章宽带网络技术 (12)8.1 宽带网络概述 (12)8.2 宽带接入技术 (13)8.3 宽带网络设备 (13)8.4 宽带网络应用 (13)第九章无线网络技术 (14)9.1 无线网络概述 (14)9.2 无线局域网标准 (14)9.3 无线网络设备 (14)9.4 无线网络安全 (14)第十章下一代网络技术 (14)10.1 下一代网络概述 (14)10.2 下一代网络关键技术 (15)10.3 下一代网络应用 (15)10.4 下一代网络发展趋势 (16)第一章数据通信基础1.1 数据通信概述数据通信是现代信息社会的重要组成部分，它涉及信息的传输、处理和交换。
数据通信技术基础知识
数据通信技术基础知识2.1 数据通信技术2.1.1 模拟数据通信和数字数据通信1.几个术语的解释1)数据－定义为有意义的实体。
数据可分为模拟数据和数字数据。
模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数据是离散的值。
2)信号－是数据的电子或电磁编码。
信号可分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。
可选择适当的参量来表示要传输的数据。
3)信息－是数据的内容和解释。
4)信源－通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。
5)信宿－通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。
6)信道－信源和信宿之间的通信线路。
2.模拟信号和数字信号的表示模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表示：图2.1 模拟信号、数字信号的表示3.模拟数据和数字数据的表示模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。
1)模拟数据可以用模拟信号来表示。
模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。
这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。
模拟电话通信是它的一个应用模型。
2)数字数据可以用模拟信号来表示。
如Modem可以把数字数据调制成模拟信号；也可以把模拟信号解调成数字数据。
用Modem拨号上网是它的一个应用模型。
3)模拟数据也可以用数字信号来表示。
对于声音数据来说，完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器CODEC。
它将直接表示声音数据的模拟信号，编码转换成二进制流近似表示的数字信号;而在线路另一端的CODEC,则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。
数字电话通信是它的一个应用模型。
4)数字数据可以用数字信号来表示。
数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善其传播特性，一般先要对二进制数据进行编码。
数字数据专线网DDN网络通信是它的一个应用模型。
数据通信与网络chapter05PPT课件
某家庭在近期发现其家用摄像头被黑客入侵，导致家庭成员的隐私被泄露。为了应对这一 问题，家庭成员立即重置了摄像头和路由器密码、更新了固件和软件等，以确保家庭网络 安全。
移动网络安全防护案例
移动网络安全防护案例
某手机用户在下载一款应用程序时，不慎下载了一个恶意软件，导致个人信息泄露和财产损失。为了应对这一挑战， 该用户采取了多种措施，包括使用安全软件、定期检查手机安全设置、不随意点击未知链接等，以确保移动网络安全 。
学习目标
通过学习本章节，学生将掌握数据通信与网络的基本概念、 原理和技术，了解网络协议的工作方式，理解网络安全的重 要性，并能够在实际应用中运用所学知识解决相关问题。
章节结构
01
数据通信基础
02
网络协议与体系结构
03
网络安全与防护
04
实际应用案例分析
学习建议
01
深入理解数据通信的原 理，包括信号传输、数 据编码等。
传输系统是数据通信系统的核心组成部分 ，包括传输介质和传输设备，如光纤、电 缆、交换机等。
数据电路终端设备
数据通信协议
数据电路终端设备是用于连接数据终端设 备和传输系统的设备，如调制解调器、路 由器等。
数据通信协议是一组规则和标准，用于规 范数据终端设备、传输系统和数据电路终 端设备之间的通信方式和数据交换过程。
家庭网络安全防护案例
家庭网络安全防护案例
某家庭在过去一年内多次遭受了网络钓鱼攻击和恶意软件攻击，导致个人信息泄露和财产 损失。为了应对这一挑战，家庭成员采取了多种措施，包括安装杀毒软件、定期更新操作 系统和软件补丁、不随意点击未知链接等，以确保家庭网络安全。
家庭网络安全防护案例