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

數(shù)據(jù)通信DATACOMMUNICATIONS歡迎來到數(shù)據(jù)通信課程。本課程將探討信息傳輸?shù)幕驹怼⒓夹g(shù)和協(xié)議。我們將深入研究通信系統(tǒng)的各個層面，從物理層到應(yīng)用層。數(shù)據(jù)通信的基本概念信息交換數(shù)據(jù)通信是在兩個設(shè)備之間交換信息的過程。通信元素包括發(fā)送方、接收方、傳輸媒介和協(xié)議。數(shù)據(jù)處理涉及數(shù)據(jù)的生成、傳輸、接收和解釋。信源和信宿信源信源是數(shù)據(jù)的發(fā)送方。它可以是計算機、手機或任何能生成數(shù)據(jù)的設(shè)備。信宿信宿是數(shù)據(jù)的接收方。它接收并處理來自信源的數(shù)據(jù)。信道定義信道是信息傳輸?shù)穆窂?，連接信源和信宿。類型包括有線信道（如光纖）和無線信道（如無線電波）。特性信道的帶寬、噪聲和延遲影響通信質(zhì)量。數(shù)據(jù)通信的基本組成部分發(fā)送設(shè)備生成和發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。傳輸媒介傳輸數(shù)據(jù)的物理路徑。接收設(shè)備接收和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。協(xié)議控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則集。數(shù)據(jù)編碼1模擬編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的信號。2數(shù)字編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為離散的二進制序列。3調(diào)制將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號以進行傳輸。數(shù)據(jù)傳輸模式單工通信數(shù)據(jù)只能在一個方向上傳輸。半雙工通信數(shù)據(jù)可以在兩個方向上傳輸，但不能同時進行。全雙工通信數(shù)據(jù)可以同時在兩個方向上傳輸。同步和異步傳輸同步傳輸發(fā)送方和接收方同步時鐘，以固定間隔發(fā)送數(shù)據(jù)塊。異步傳輸數(shù)據(jù)以不規(guī)則間隔發(fā)送，每個字符都有起始位和停止位。差錯檢測和糾正1奇偶校驗2循環(huán)冗余校驗(CRC)3漢明碼4前向糾錯(FEC)這些技術(shù)用于檢測和糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤，確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)鏈路層1幀定界將比特流分割成幀。2地址識別確定幀的源和目的地。3流量控制防止接收方被數(shù)據(jù)淹沒。4錯誤控制檢測和糾正傳輸錯誤。物理層比特傳輸負責在物理媒介上傳輸原始比特流。傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電波。信號編碼將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男问?。傳輸模式?jīng)Q定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚝屯椒绞?。?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以太網(wǎng)最常用的局域網(wǎng)協(xié)議。點對點協(xié)議(PPP)用于兩點之間的直接連接。高級數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)用于廣域網(wǎng)的通用協(xié)議。HDLC協(xié)議1幀格式包括標志、地址、控制和數(shù)據(jù)字段。2操作模式支持正常響應(yīng)模式、異步平衡模式和異步響應(yīng)模式。3錯誤控制使用循環(huán)冗余校驗(CRC)進行錯誤檢測。CSMA/CD協(xié)議1偵聽發(fā)送前檢測信道是否空閑。2發(fā)送如果信道空閑，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。3沖突檢測發(fā)送時持續(xù)監(jiān)聽，檢測沖突。4退避發(fā)生沖突時，等待隨機時間后重試。網(wǎng)絡(luò)層路由選擇決定數(shù)據(jù)包從源到目的地的最佳路徑。尋址為網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分配唯一的地址。封裝將上層數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包。分段和重組處理大數(shù)據(jù)包的分割和重組。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，負責尋址和路由。ICMP互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議，用于錯誤報告。ARP地址解析協(xié)議，將IP地址映射到MAC地址。RIP路由信息協(xié)議，用于小型網(wǎng)絡(luò)的路由。IP協(xié)議IPv432位地址，形如。支持約43億個唯一地址。IPv6128位地址，形如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。支持海量地址。路由協(xié)議靜態(tài)路由手動配置路由表，適用于小型網(wǎng)絡(luò)。動態(tài)路由自動更新路由表，適用于大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議如RIP和OSPF，用于自治系統(tǒng)內(nèi)部。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議如BGP，用于自治系統(tǒng)之間。傳輸層端到端連接在源和目的主機之間建立邏輯連接。分段與重組將應(yīng)用層數(shù)據(jù)分割成合適大小的段。流量控制調(diào)節(jié)發(fā)送速率以匹配接收方的處理能力。錯誤控制檢測和糾正傳輸錯誤，確?？煽總鬏?。TCP協(xié)議1連接建立三次握手過程。2數(shù)據(jù)傳輸使用序列號和確認機制。3流量控制滑動窗口機制。4擁塞控制慢啟動和擁塞避免算法。5連接終止四次揮手過程。UDP協(xié)議無連接不需要建立連接就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。不可靠傳輸不保證數(shù)據(jù)包的到達順序和完整性。低開銷頭部簡單，只有8字節(jié)。適用場景適合實時應(yīng)用，如視頻流和在線游戲。應(yīng)用層1用戶接口2應(yīng)用協(xié)議3數(shù)據(jù)格式化4會話管理應(yīng)用層是最接近用戶的層，提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口，實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用層協(xié)議HTTP超文本傳輸協(xié)議，用于Web瀏覽。FTP文件傳輸協(xié)議，用于文件上傳下載。SMTP簡單郵件傳輸協(xié)議，用于發(fā)送電子郵件。DNS域名系統(tǒng)，用于域名解析。HTTP協(xié)議1請求方法GET、POST、PUT、DELETE等。2狀態(tài)碼200OK、404NotFound、500InternalServerError等。3頭部字段Content-Type、User-Agent、Cookie等。4HTTPSHTTP的安全版本，使用SSL/TLS加密。FTP協(xié)議控制連接用于發(fā)送命令和接收響應(yīng)，使用TCP端口21。數(shù)據(jù)連接用于實際的文件傳輸，使用TCP端口20或隨機端口。SMTP協(xié)議建立連接客戶端連接到SMTP服務(wù)器。發(fā)送郵件客戶端發(fā)送MAILFROM、RCPTTO和DATA命令。傳輸內(nèi)容發(fā)送郵件正文和附件。結(jié)束會話發(fā)送QUIT命令關(guān)閉連接。無線通信技術(shù)藍牙短距離無線通信技術(shù)，適用于個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)移動通信網(wǎng)絡(luò)，如4G、5G。衛(wèi)星通信利用衛(wèi)星進行全球范圍的通信。藍牙技術(shù)短距離通常覆蓋范圍為10米左右。低功耗特別適合小型設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。頻段工作在2.4GHzISM頻段。應(yīng)用無線耳機、智能手表、車載系統(tǒng)等。WLAN技術(shù)1802.11b2.4GHz，最高11Mbps。2802.11g2.4GHz，最高54Mbps。3802.11n2.4/5GHz，最高600Mbps。4802.11ac5GHz，最高6.9Gbps。5802.11ax(Wi-Fi6)2.4/5/6GHz，更高效率和容量。移動通信技術(shù)11G模擬語音。22G數(shù)字語音和短信。33G移動互聯(lián)網(wǎng)和視頻通話。44G高速數(shù)據(jù)和移動寬帶。55G超高速、低延遲、大連接。5G技術(shù)高速率峰值速率可達20Gbps。低延遲