《計算機通信與實驗》課件VIP

計算機通信與實驗本課程將探討計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，并通過實際實驗加深理解。課程簡介1目標幫助學(xué)生了解計算機通信的基本原理和技術(shù)，掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議的配置方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)和工作打下堅實基礎(chǔ)。2內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)概述、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全等方面，并結(jié)合實驗環(huán)節(jié)進行實踐操作。3學(xué)習(xí)方式課堂講授、課后練習(xí)、實驗操作相結(jié)合，以理論學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練為主，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決問題的能力。通信的基本概念信息傳遞通信的核心是信息傳遞，涉及發(fā)送方、接收方和信息本身。發(fā)送方將信息編碼，通過信道傳遞給接收方，接收方解碼信息。通信系統(tǒng)一個完整的通信系統(tǒng)包含發(fā)送器、信道、接收器以及相關(guān)的設(shè)備，用于實現(xiàn)信息傳遞和處理。數(shù)字通信基礎(chǔ)離散信號數(shù)字信號是離散的，以比特的形式表示信息，在時間和幅度上都是離散的?？乖肼暷芰?shù)字信號比模擬信號更不容易受到噪聲干擾，因為數(shù)字信號可以進行誤碼檢測和糾正。靈活處理數(shù)字信號可以方便地進行編碼、壓縮、加密等處理，滿足各種通信需求。編碼與調(diào)制編碼將信息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘栃问?。編碼方式包括：ASCII、Unicode、二進制編碼等。調(diào)制將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便在信道上傳輸。調(diào)制方式包括：振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制等。信道與噪聲信道是指信號傳輸?shù)奈锢砻浇?，例如電纜、光纖、無線電波等。噪聲是指在信號傳輸過程中，干擾信號的任何形式的能量。衰減是指信號在傳輸過程中能量的損失。信號傳輸與檢測1傳輸介質(zhì)電纜、光纖、無線電波2信號衰減距離增加，信號強度減弱3信號失真?zhèn)鬏斶^程中信號形狀變化4接收端檢測還原原始信號差錯檢測與糾正1檢測錯誤使用校驗和、奇偶校驗等方法檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤。2糾正錯誤使用漢明碼、循環(huán)碼等方法糾正錯誤，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。3提高可靠性通過檢測和糾正錯誤，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，確保數(shù)據(jù)完整性。多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用(FDM)將頻譜分成多個頻帶，每個頻帶分配給不同的信號。時分復(fù)用(TDM)將時間分成多個時隙，每個時隙分配給不同的信號。碼分復(fù)用(CDM)使用不同的碼型來區(qū)分不同的信號，允許同時傳輸多個信號。計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)是一個由多個計算機及相關(guān)設(shè)備通過通信線路連接而成的系統(tǒng)，它使計算機能夠互相通信，共享資源和信息?，F(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)是信息時代不可或缺的一部分，為人們的生活和工作帶來巨大的便利。OSI參考模型應(yīng)用層提供用戶與網(wǎng)絡(luò)交互的接口表示層負責數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和加密會話層建立、管理和終止會話傳輸層提供端到端可靠數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層負責網(wǎng)絡(luò)地址分配和路由數(shù)據(jù)鏈路層管理物理介質(zhì)和數(shù)據(jù)幀傳輸物理層定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接物理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理層負責數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的傳輸，比如網(wǎng)卡、集線器、交換機和路由器。傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通過各種傳輸介質(zhì)傳遞，例如雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電波。物理編碼物理層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號或光信號，并定義傳輸?shù)乃俾?、格式和協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的功能將網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)封裝成幀，并在物理層提供的比特流基礎(chǔ)上進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。主要協(xié)議以太網(wǎng)協(xié)議、令牌環(huán)協(xié)議、點對點協(xié)議(PPP)等。關(guān)鍵技術(shù)差錯控制、流量控制、介質(zhì)訪問控制(MAC)等。網(wǎng)絡(luò)層邏輯尋址網(wǎng)絡(luò)層使用IP地址來識別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。數(shù)據(jù)包路由網(wǎng)絡(luò)層負責將數(shù)據(jù)包從源主機路由到目標主機。網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)層允許不同的網(wǎng)絡(luò)通過路由器進行互連。傳輸層1數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負責將應(yīng)用程序數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)段，并為每個數(shù)據(jù)段添加傳輸層頭部信息，包括端口號、序列號等。2端到端連接傳輸層為應(yīng)用程序提供端到端連接服務(wù)，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。3流量控制傳輸層通過流量控制機制來控制數(shù)據(jù)傳輸速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。4錯誤檢測傳輸層使用校驗和等機制檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤，并進行重傳。應(yīng)用層用戶接口為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如網(wǎng)頁瀏覽、郵件發(fā)送和文件傳輸。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義了應(yīng)用程序之間通信的規(guī)則，例如HTTP、FTP和SMTP。數(shù)據(jù)格式規(guī)定了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)母袷?，例如文本、圖像和視頻。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)描述了網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點之間的物理連接方式。常見的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)包括星型、總線型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀型等。不同的拓撲結(jié)構(gòu)具有不同的特點和優(yōu)缺點。例如，星型拓撲結(jié)構(gòu)易于管理和擴展，但中心節(jié)點故障會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓；總線型拓撲結(jié)構(gòu)成本低，但數(shù)據(jù)傳輸速度慢且容易發(fā)生沖突。交換技術(shù)電路交換電路交換是一種古老的交換技術(shù)，它在通信之前建立一條專用的物理連接，類似于打電話時使用電話線。報文交換報文交換將整個報文作為一個整體進行傳輸，它在數(shù)據(jù)傳輸過程中無需建立物理連接，適用于數(shù)據(jù)量較小且傳輸時間不敏感的情況。分組交換分組交換將數(shù)據(jù)分割成稱為數(shù)據(jù)包的小塊，并通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行路由，每個數(shù)據(jù)包可以獨立傳輸，適用于數(shù)據(jù)量較大且傳輸時間敏感的情況。以太網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)標準以太網(wǎng)是當今最流行的局域網(wǎng)技術(shù)標準高速傳輸支持多種傳輸速率，最高可達100Gbps物理層技術(shù)采用雙絞線、光纖等多種傳輸介質(zhì)無線局域網(wǎng)無線路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)并創(chuàng)建無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)接入使用筆記本電腦、手機等設(shè)備連接到無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍，通常受墻壁等阻擋廣域網(wǎng)技術(shù)覆蓋范圍廣廣域網(wǎng)（WAN）連接地理位置分散的網(wǎng)絡(luò)，跨越城市、省份甚至國家。傳輸距離長WAN使用多種傳輸介質(zhì)，包括光纖、微波和衛(wèi)星，以覆蓋長距離。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜WAN通常由多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，例如路由器、交換機和調(diào)制解調(diào)器，以支持數(shù)據(jù)傳輸。IP協(xié)議1網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，它負責在網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)包的傳輸和路由。2地址標識IP協(xié)議使用IP地址來標識網(wǎng)絡(luò)中的每個設(shè)備，為數(shù)據(jù)包的傳輸提供路徑信息。3數(shù)據(jù)包分段IP協(xié)議可以將大型數(shù)據(jù)包分割成較小的數(shù)據(jù)包進行傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)效率。4無連接協(xié)議IP協(xié)議是一種無連接協(xié)議，它不保證數(shù)據(jù)包的順序到達，需要更高層的協(xié)議來處理數(shù)據(jù)包的順序和可靠性。路由技術(shù)路由算法路由算法負責計算數(shù)據(jù)包從源節(jié)點到目標節(jié)點的最佳路徑。路由協(xié)議路由協(xié)議用于交換路由信息并維護路由表，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。路由器路由器是網(wǎng)絡(luò)中負責轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的設(shè)備，根據(jù)路由表決定數(shù)據(jù)包的下一步去向。TCP/IP協(xié)議族互聯(lián)性TCP/IP協(xié)議族為各種計算機網(wǎng)絡(luò)提供了標準化通信協(xié)議，使不同類型的網(wǎng)絡(luò)能夠相互連接并通信。分層結(jié)構(gòu)協(xié)議族分為不同的層級，每一層負責不同的功能，并通過協(xié)議接口與其他層交互，確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳遞。廣泛應(yīng)用TCP/IP協(xié)議族廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和其他各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，成為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)安全概述網(wǎng)絡(luò)安全是指保護網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)資源免受各種威脅的措施和策略。這些威脅可以來自各種來源，包括惡意軟件、黑客攻擊、數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)犯罪。網(wǎng)絡(luò)安全是一個不斷發(fā)展和演化的領(lǐng)域，需要不斷改進和更新技術(shù)和策略以應(yīng)對新的威脅。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)防火墻防火墻是網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)，它通過阻止來自外部網(wǎng)絡(luò)的未經(jīng)授權(quán)的訪問來保護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。防病毒軟件防病毒軟件可以檢測和清除惡意軟件，例如病毒、蠕蟲和木馬，保護計算機免受攻擊。入侵檢測系統(tǒng)入侵檢測系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，尋找可疑活動，并在發(fā)現(xiàn)攻擊時發(fā)出警報。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御常見攻擊類型包括病毒、蠕蟲、木馬、拒絕服務(wù)攻擊等，會對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成各種危害。防御措施包括防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、反病毒軟件等，旨在識別和阻止攻擊行為。安全意識用戶需要提高網(wǎng)絡(luò)安全意識，識別并防范潛在的攻擊威脅。實驗1:模擬通信系統(tǒng)1實驗?zāi)康睦斫饽M信號調(diào)制與解調(diào)原理2實驗內(nèi)容搭建模擬通信系統(tǒng)，進行信號調(diào)制與解調(diào)實驗3實驗要求掌握信號調(diào)制與解調(diào)的具體步驟通過模擬通信系統(tǒng)的搭建，學(xué)生能夠深刻理解模擬信號的調(diào)制與解調(diào)原理，并掌握信號調(diào)制與解調(diào)的具體步驟。該實驗可以幫助學(xué)生更好地理解通信的基本概念，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。實驗2:以太網(wǎng)連接目標熟悉以太網(wǎng)的物理連接方式，并進行簡單網(wǎng)絡(luò)配置。步驟使用網(wǎng)線連接計算機和交換機，配置IP地址和子網(wǎng)掩碼。驗證使用ping命令測試網(wǎng)絡(luò)連接是否正常，確認數(shù)據(jù)傳輸。實驗3:IP路由配