数据通信与计算机网络课件数据通信信道共享技术

数据通信与计算机网络信道共享技术信道共享技术是数据通信与计算机网络领域的重要组成部分，它允许多个用户或设备共享同一物理信道，提高信道利用率，降低成本数据通信基本概念

11.数据通信的定义

22.数据通信的组成部分数据通信是指通过通信线路或无线信道，将数据从一个设备数据通信系统通常包括发送方、接收方、通信线路、传输介传输到另一个设备的过程质等部分

33.数据通信的类型

44.数据通信的应用数据通信可以分为点对点通信和广播通信，以及同步通信和数据通信技术在现代社会中应用广泛，如互联网、移动通信异步通信等多种类型、物联网等领域信号、码元和信道信号表示信息的物理量，例如电信号、光信号码元构成数字信号的基本单元，代表数字信息，例如“0”或“1”信道传输信号的媒介，例如双绞线、光纤、无线电波信道的基本特性带宽噪声衰减延迟信道带宽指的是信道能够传输噪声是指信道中存在的干扰信衰减是指信号在传输过程中能延迟是指信号从发送端到接收的频率范围，单位为赫兹（号，会影响数据传输的质量量损失的现象，会导致信号强端的时间差，包括传输延迟和Hz）带宽越宽，信道能够噪声可以来自各种来源，例如度减弱衰减的大小与传输距处理延迟延迟会影响数据传传输的数据速率就越高电磁干扰、热噪声等离、信号频率和介质类型有关输的实时性信道共享的必要性资源利用率成本效益有限的通信资源，例如频谱和传信道共享可以降低通信系统的总输介质，需要更有效地利用体成本，例如设备和维护成本用户容量灵活性通过信道共享，可以为更多用户信道共享技术使得通信系统更加提供通信服务，提升网络容量灵活，能够适应不同用户的需求时分多路复用技术基本原理1将信道划分为时间片，每个用户轮流使用一个时间片时间片长度很短，因此可以保证每个用户的数据传输几乎没有延迟优点2利用率高、实现简单、成本低多个用户共享一条信道，可以有效利用带宽资源应用3广泛应用于电话网络、数据网络、无线通信等领域频分多路复用技术频分多路复用1将信道划分为多个频带，每个频带分配给一个用户优点2设备简单、易于实现缺点3频带利用率低、灵活性差频分多路复用FDM是一种将多个信号通过不同的频率载波传输的信道共享技术，使每个用户可以使用独立的频带例如，模拟电视广播就是使用FDM技术，不同频道分配不同的频率码分多路复用技术码分多路复用（CDMA）CDMA是一种信道共享技术，利用不同的码字区分用户，每个用户分配一个唯一的码序列码字正交不同用户使用的码字相互正交，即使在同一频段同时传输数据，也不会互相干扰接收端解码接收端通过解码器将接收到的信号与用户的码字进行匹配，提取出对应用户的数据空分多路复用技术空间隔离1使用不同的物理空间来区分信道独立传输2每个信道上的数据独立传输，互不干扰应用场景3无线通信、卫星通信、微波通信等空分多路复用技术利用空间隔离来实现信道共享，每个信道拥有独立的空间，避免了信号之间的互相干扰这种技术在无线通信、卫星通信、微波通信等领域应用广泛，可以有效提高传输效率，提高数据传输速率调制与解调模拟信号的数字化载波信号的改变解调恢复原始信号调制将模拟信号转换为数字信号，以便通过通过改变载波信号的幅度、频率或相位来承解调器将数字信号还原为模拟信号，以便接数字通信系统传输载信息收和使用差分相位调制差分相位调制DPSK是数字信号调制技术的一种DPSK通过相位差来表示数据，相邻信号的相位差对应不同的数据值DPSK在无线通信系统中应用广泛，如蜂窝移动网络频移键控调制原理频移键控FSK是一种数字调制技术它通过改变载波频率来表应用示数据FSK在无线电通信、数据传输和调制解调器等领域应用广泛它具有抗噪声性能好、传输速度较快的特点正交频分多路复用频谱利用率高抗多径衰落易于实现OFDM将数据流划分为多个子载波，每个每个子载波带宽窄，多径衰落对不同子载波OFDM技术成熟，实现成本低，广泛应用子载波传输独立数据，提高频谱利用率的影响不同，通过接收端处理可以有效消除于无线通信系统，如Wi-Fi、LTE等多径衰落数字信号的编码编码定义编码类型编码功能数字信号编码是指将信息转化成数字信常见的数字信号编码类型包括非归零数字信号编码主要用于降低噪声干扰、号的过程它通过对数字信号进行特定编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编提高传输可靠性、实现同步时钟等目的规则的处理，实现数字信号的有效传输码和极性反转编码每种编码都有独特和存储的优势和应用场景信道编码技术

11.检错编码

22.纠错编码检测传输过程中的错误，但无不仅可以检测错误，还能自动法纠正错误纠正错误

33.前向纠错编码

44.海明码发送端添加冗余信息，接收端一种常用的纠错编码，能够检直接纠错测和纠正一位错误奈氏采样定理信号采样将连续模拟信号转换为离散数字信号采样频率采样频率至少要大于信号最高频率的两倍完美重建满足条件后，可通过低通滤波器完美重建原始信号数字传输系统的误码率误码率表示数字传输系统中错误比特数占总比特数的比例，是衡量系统可靠性的关键指标误码率受多种因素影响，包括信道噪声、干扰、设备故障等10^-6误码率通常用10的负几次方表示10^-9高性能系统可达到10的负九次方10^-12极低误码率例如光纤通信系统自动重传请求错误检测重传机制12接收端检测到数据包错误时，发送端收到NAK后，会重新发会向发送端发送一个否定确认送丢失或错误的数据包（NAK）信号超时机制效率提高34如果发送端在一定时间内没有自动重传请求机制能够提高数收到确认信号，也会自动重传据传输的可靠性，确保数据传数据包输的完整性传输层协议TCP/IPTCPTCP/IPTCP提供可靠的、面向连接的传输服务IPTCP/IP是互联网协议族，定义了网络中不同设备如何相互通信IP负责将数据报从源主机传送到目标主机它保证数据按顺序到达目的地，并提供数它由传输控制协议（TCP）和互联网协议据丢失和错误的检测和重传机制（IP）组成，为应用程序提供可靠的、面它使用逻辑地址（IP地址）来识别网络上向连接的数据传输的设备，并提供路由功能的可靠传输机制TCP确认机制滑动窗口流量控制重传机制数据分段与重组TCP发送方收到接收方确认信TCP通过窗口机制调节数据流当数据包丢失时，TCP会启动TCP将大数据块分成若干数据息，确保数据成功传输，降低速，防止接收方缓冲区溢出，定时器，若超时，则重传未确段，方便传输，接收方再将数数据丢失概率保证传输效率认的数据包，确保数据完整性据段重新组装成完整数据滑动窗口流量控制控制发送速率窗口大小防止发送方过快地发送数据，从窗口大小决定了发送方可以发送而造成网络拥塞但尚未确认的数据量，窗口大小越大，发送速率越高动态调整根据网络拥塞情况，动态调整窗口大小，以达到最佳的传输效率的无连接传输UDP面向连接无连接TCP使用面向连接的方式，确保UDP使用无连接的方式，无需数据完整性，可靠性建立连接即可发送数据，速度更快，但不保证数据完整性可靠性应用场景UDP不提供重传机制，数据丢UDP适用于实时性要求高，对失或损坏后无法恢复数据可靠性要求低的场景数据报的格式和路由IPIP数据报的格式IP数据报是网络层的数据传输单元，包含源IP地址、目标IP地址、协议类型、数据长度等信息IP路由IP路由器根据IP地址和路由表，将数据报转发到目标网络或主机路由协议•RIP•OSPF•BGP交换技术电路交换与分组交换电路交换分组交换建立连接后，用户可以连续传输数据被分成数据包，并通过网络数据适用于实时性要求高的应中的不同路径传输适用于非实用时性应用电路交换与分组交换对比•电路交换效率较高，但建立连接需要时间•分组交换效率较低，但可以灵活地利用网络资源以太网技术物理层数据链路层以太网定义了物理层和数据链路层协议物理层负责将数据比特以太网数据链路层协议负责数据帧的封装、寻址和校验，以及流转换成电信号并在网络介质上传输MAC地址管理常见标准包括10BASE-T（10Mbps）、100BASE-TX（帧格式包含帧头、数据字段和帧尾，并使用CRC校验码进行错误100Mbps）和1000BASE-T（1Gbps）检测无线局域网技术无线路由器无线连接设备无线网络覆盖无线路由器作为无线局域网的核心设备，负笔记本电脑、手机、平板电脑等移动设备可无线局域网的覆盖范围取决于无线路由器的责将有线网络信号转换成无线信号，并进行以通过无线网卡连接到无线局域网，实现无发射功率和周围环境，一般可覆盖几十到几信号发射和接收线网络访问百平方米蜂窝移动网络技术基础架构频率复用12蜂窝移动网络利用基站构建覆为了提高频谱效率，蜂窝网络盖范围，每个基站服务于一个使用频率复用技术，将相同的蜂窝状区域，通过覆盖区域的频率分配给不同区域的基站，重叠来提供持续的连接以最大限度地利用可用频谱移动性技术发展34蜂窝移动网络设计为支持移动从最初的1G到4G和5G，通信，当用户在不同蜂窝之间蜂窝移动网络技术经历了快速移动时，网络会自动将用户连发展，网络速度和数据容量不接到信号强度最高的基站断提升，为移动用户提供了更强大的连接能力网络安全基本知识网络安全威胁网络安全措施网络安全威胁包括恶意软件、网络攻击、数据泄露和身份盗窃等网络安全措施包括安装防病毒软件、使用防火墙、加密数据和定期这些威胁可能导致数据丢失、系统故障和经济损失更新软件等，以保护系统和数据免受攻击网络安全意识网络安全法规网络安全意识非常重要，用户应该了解常见的网络安全威胁，并采许多国家和地区制定了网络安全法规，以保护个人和组织的数据安取必要的措施保护自己的设备和数据全，并打击网络犯罪活动总结与展望本课程探讨了数据通信与计算机网络的基础知识，涵盖了信道共享技术、传输层协议、网络安全等方面未来，随着大数据、云计算、人工智能等技术的不断发展，数据通信与计算机网络将会更加重要，并为人们的生活和工作带来更多便利。