《网络数据传输原理》课件

网络数据传输原理本课件将深入探讨网络数据传输的原理，从通信系统的基本构成到数据压缩、交换技术、传输控制协议以及网络安全传输等方面，帮助您全面理解网络数据传输的奥秘课程目标与学习要求本课程旨在帮助学生理解网络数据传输的基本原理，掌握相关技学习要求掌握数据通信基础知识，理解常见编码技术，熟悉数术和应用，为进一步学习网络技术打下坚实基础据传输介质，了解数据检错与纠错方法，掌握数据压缩技术，了解数据交换技术，理解多路复用技术，掌握传输控制协议，了解网络安全传输技术课程大纲概览第一章数据通信基础第二章数据编码技术第三章数据传输介质123第四章数据检错与纠错第五章数据压缩技术第六章数据交换技术456第七章多路复用技术第八章传输控制协议第九章网络安全传输789第一章数据通信基础通信系统通信系统的基本构成，包括发送方、接收方和传输介质等数据、信号与信息数据、信号与信息的概念及其关系，理解信息传递的过程模拟信号与数字信号模拟信号和数字信号的特点，以及两者之间的转换数据传输方式分类串行传输、并行传输、同步传输、异步传输、单工、半双工和全双工通信方式的特点通信系统的基本构成一个完整的通信系统通常包括发送方、接收方和传输介质三个基发送方负责将信息转换成信号并发送出去，接收方负责接收信号本部分并将其还原成信息，传输介质负责将信号从发送方传递到接收方数据、信号与信息的概念数据是信息的载体，可以是文字、数字信号是数据的表现形式，可以是模拟信信息是指数据的意义，是数据所表达的、图像、音频、视频等各种形式号或数字信号，用来传输数据内容模拟信号与数字信号模拟信号是一种连续变化的信号，可以表示成连续的曲线例如数字信号是一种离散变化的信号，只能取有限个值，通常用和0，声音、温度等表示例如，计算机中的数据1信号的频域分析频域分析是指将信号分解成不同频率成分的过程，可以用频谱图通过频域分析可以了解信号的频率特性，这对于信号的传输和处来表示理非常重要数据传输方式分类串行传输并行传输同步传输异步传输数据一位一位地按顺序传输，数据同时传输多位，例如，计发送方和接收方使用相同的时发送方和接收方使用不同的时例如，接口算机内部数据传输钟信号，数据以固定的速率传钟信号，数据以不固定的速率RS-232输传输，需要特殊机制保证数据完整性单工通信半双工通信全双工通信数据只能在一个方向上传输，数据可以在两个方向上传输，数据可以在两个方向上传输，例如，广播但不能同时进行，例如，对讲并且可以同时进行，例如，电机话串行传输与并行传输串行传输是指数据一位一位地按顺序传输，速度较慢，但线路简并行传输是指数据同时传输多位，速度较快，但线路复杂，成本单，成本低高同步传输与异步传输同步传输是指发送方和接收方使用相同的时钟信号，数据以固定异步传输是指发送方和接收方使用不同的时钟信号，数据以不固的速率传输，适合传输大量数据定的速率传输，适合传输少量数据单工、半双工与全双工通信单工通信是指数据只能在一个方向上传半双工通信是指数据可以在两个方向上全双工通信是指数据可以在两个方向上输，例如，广播传输，但不能同时进行，例如，对讲机传输，并且可以同时进行，例如，电话第二章数据编码技术常见的编码方式概述，例如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、NRZ1编码、编码、编码、编码等RZ AMI4B/5B了解不同编码方式的特点，以及如何选择合适的编码方式2常见编码方式概述曼彻斯特编码1差分曼彻斯特编码2编码NRZ3编码RZ4编码AMI5编码4B/5B6曼彻斯特编码曼彻斯特编码是一种同步编码方式，在每个数据位的中间位置都跳变的位置表示数据位的值，跳变从低电平到高电平表示，跳1包含一个跳变变从高电平到低电平表示0差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码也是一种同步编码方式，它在每个数据位的开跳变的位置表示数据位的值，没有跳变表示，有跳变表示10始位置都包含一个跳变NRZ编码编码是一种非归零编码方式，数据位的值由信号电平的持高电平表示，低电平表示，但它需要额外的同步信息来保证NRZ10续时间来表示数据完整性RZ编码编码也是一种非归零编码方式，它在每个数据位的中间位置跳变的位置表示数据位的值，跳变从低电平到高电平表示，跳RZ1都包含一个跳变变从高电平到低电平表示0AMI编码编码是一种交替极性非归零编码方式，它用正电平表示，例如，第一个用正电平表示，第二个用负电平表示，以此类AMI111负电平表示，但每个数据位的值都需要通过极性来区分推04B/5B编码编码是一种将位数据编码成位数据的编码方式，它可这种编码方式可以有效地解决数据流中的同步问题，并提高数据4B/5B45以在数据流中添加额外的位，来保证数据的完整性传输的可靠性第三章数据传输介质有线传输介质概述，包括双绞线、同轴电缆、光纤等1无线传输介质概述，包括电磁波、红外线、微波等2有线传输介质概述双绞线同轴电缆光纤双绞线由两根相互缠绕同轴电缆由一根中心导光纤是一种利用光波进的导线组成，可以有效线和一根同心圆柱形屏行数据传输的介质，具地减少电磁干扰蔽层组成，可以有效地有带宽高、抗干扰能力防止信号衰减强、传输距离远等优点双绞线原理与应用双绞线由两根相互缠绕的导线组成，可以有效地减少电磁干扰，双绞线应用广泛，例如电话线、网络线等适合短距离数据传输同轴电缆特性同轴电缆由一根中心导线和一根同心圆柱形屏蔽层组成，可以有同轴电缆常用于有线电视、计算机网络等效地防止信号衰减，适合中长距离数据传输光纤传输原理光纤是一种利用光波进行数据传输的介质，具有带宽高、抗干扰光纤可以分为单模光纤和多模光纤，单模光纤带宽更高，传输距能力强、传输距离远等优点离更远无线传输介质无线传输介质是指利用电磁波进行数据传输的介质，包括电磁波无线传输介质具有灵活方便、易于扩展等优点，但也存在信号强、红外线、微波等度弱、易受干扰等缺点电磁波传播特性电磁波的传播速度为光速，可以在真空中传播，也可以在介质中电磁波的传播特性与介质的性质有关，例如介质的电磁属性、密传播度等第四章数据检错与纠错差错控制的基本概念，包括检错和纠错1常见的检错和纠错方法，例如奇偶校验法、循环冗余校验、海CRC2明码等差错控制的基本概念检错是指检测数据传输过程中是否发生了错误纠错是指在检测到错误后，恢复原始数据奇偶校验法奇偶校验法是一种简单的检错方法，它在数据位中添加一个校验校验位的取值根据数据位中的个数来确定，如果的个数为奇11位数，则校验位为，反之则为10循环冗余校验CRC循环冗余校验是一种常用的检错方法，它根据数据位生成校验码的长度可以根据需要调整，可以有效地检测出数据CRC CRC一个校验码传输过程中的大多数错误海明码海明码是一种常用的纠错方法，它可以在数据位中添加多个校验海明码可以根据校验位的取值来确定错误位置，并进行纠正位第五章数据压缩技术数据压缩基本原理，包括无损常见的压缩算法，例如12压缩和有损压缩编码、编码、Huffman LZW、等JPEG MP3常见压缩格式，例如、、、、等ZIP RAR7z MP3JPEG3数据压缩基本原理数据压缩是指将数据转换成更小的表示形式，以减少存储空间和数据压缩方法可以分为无损压缩和有损压缩传输时间无损压缩算法无损压缩算法可以将数据压缩成更小的形式，但不会丢失任何信常见的无损压缩算法包括编码、编码等Huffman LZW息有损压缩算法有损压缩算法可以将数据压缩成更小的形式，但会丢失一些信息常见的有损压缩算法包括、等JPEG MP3常见压缩格式ZIP RAR7z MP3是一种常见的无损压缩格是一种常见的无损压缩格是一种常见的无损压缩格式是一种常见的音频压缩格ZIP RAR7z MP3式，支持多种压缩算法式，压缩率较高，压缩率更高式，采用有损压缩算法JPEG是一种常见的图像压缩JPEG格式，采用有损压缩算法第六章数据交换技术电路交换原理，它在通信之前报文交换原理，它将数据分成12需要建立一条专用的物理连接报文，并通过网络节点进行转发分组交换原理，它将数据分成数据包，并通过网络节点进行转发3电路交换原理电路交换是一种传统的交换技术，它在通信之前需要建立一条专一旦建立连接，数据就可以在连接上连续传输，直到连接断开用的物理连接报文交换原理报文交换是一种基于存储转发技术的交换技术，它将数据分成报每个报文都包含完整的地址信息，并以独立的单元进行传输文，并通过网络节点进行转发分组交换原理分组交换是一种将数据分成数据包，并通过网络节点进行转发的每个数据包都包含一部分数据和地址信息，并以独立的单元进行技术传输三种交换方式比较电路交换优点数据传输速度快，适合报文交换优点可以有效利用网络资源分组交换优点传输效率高，适合传输实时通信，适合传输少量数据大量数据，并且具有较好的灵活性和安全性第七章多路复用技术频分复用将频谱分成多个频段，每个频段分配给一个用户FDM1时分复用将时间分成多个时隙，每个时隙分配给一个用户TDM2波分复用将光波分成多个波长，每个波长分配给一个用户WDM3码分复用将每个用户的信号编码成不同的码字，并通过不同的CDM4码字进行区分频分复用FDM频分复用将频谱分成多个频段，每个频段分配给一个用户不同的用户使用不同的频段进行通信，互不干扰FDM时分复用TDM时分复用将时间分成多个时隙，每个时隙分配给一个用不同的用户在不同的时隙进行通信，互不干扰TDM户波分复用WDM波分复用将光波分成多个波长，每个波长分配给一个用不同的用户使用不同的波长进行通信，互不干扰WDM户码分复用CDM码分复用将每个用户的信号编码成不同的码字，并通过每个用户的信号都可以在同一时间使用同一频率进行传输，互不CDM不同的码字进行区分干扰第八章传输控制协议七层模型，它将网络体系结构分成七层，每一层负责协议族，它是一种常用的网络协议，包含多个协OSI TCP/IP12完成特定的功能议，用于实现网络通信OSI七层模型应用层负责提供用户接口，例如、、等协议HTTP FTP SMTP表示层负责数据格式的转换，例如字符编码转换、数据压缩等会话层负责建立、管理和终止会话，例如文件传输、远程登录等传输层负责数据传输的可靠性，例如、等协议TCP UDP网络层负责数据路由，例如协议IP数据链路层负责物理链路的建立和管理，例如地址、以太网协议等MAC物理层负责数据的物理传输，例如比特流传输TCP/IP协议族应用层负责提供用户接口，例如、、等协议HTTP FTPSMTP1传输层2负责数据传输的可靠性，例如、等协议TCP UDP网络层3负责数据路由，例如协议IP数据链路层4负责物理链路的建立和管理，例如地址、以太网协议等MAC物理层5负责数据的物理传输，例如比特流传输数据链路层协议数据链路层协议负责物理链路的建立和管理，例如地址、数据链路层协议可以保证数据在链路上的可靠传输MAC以太网协议等网络层协议网络层协议负责数据路由，例如协议网络层协议可以将数据从源主机传输到目标主机IP传输层协议传输层协议负责数据传输的可靠性，例是一种面向连接的协议，可以保证是一种无连接的协议，速度快，但TCP UDP如、等协议数据的可靠传输不能保证数据的可靠传输TCP UDP应用层协议应用层协议负责提供用户接口，例如、、等协协议用于网页浏览，协议用于文件传输，协议HTTP FTPSMTP HTTPFTPSMTP议用于电子邮件发送第九章网络安全传输数据加密基础，包括对称加密了解常见的加密算法，例如12算法、非对称加密算法、数字、、等DES AESRSA签名技术等技术原理，它可以建立安全的虚拟网络连接，保护数据传输的安VPN3全性数据加密基础数据加密是指将数据转换成不可读的形式，以防止未经授权的访加密过程需要使用密钥，只有拥有密钥的人才能解密数据问对称加密算法对称加密算法是指使用相同的密钥进行对称加密算法速度快，但密钥管理比较常见的对称加密算法包括、等DES AES加密和解密困难非对称加密算法非对称加密算法是指使用不同的密钥进非对称加密算法密钥管理比较方便，但常见的非对称加密算法包括、RSA ECC行加密和解密，一个密钥用于加密，另速度较慢等一个密钥用于解密数字签名技术数字签名技术是一种使用非对称加密算法来验证数据完整性和发数字签名可以防止数据被篡改，并确保数据的真实性送者身份的技术VPN技术原理技术可以建立安全的虚拟网络连接，保护数据传输的安全技术通过加密和隧道技术，将数据封装在安全的通道中传VPN VPN性输。