《計(jì)算機(jī)通信與實(shí)驗(yàn)》課件

計(jì)算機(jī)通信與實(shí)驗(yàn)本課程將探討計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)，并通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)加深理解。課程簡(jiǎn)介1目標(biāo)幫助學(xué)生了解計(jì)算機(jī)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)踐操作。3學(xué)習(xí)方式課堂講授、課后練習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，以理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練為主，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)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(guò)信道傳遞給接收方，接收方解碼信息。通信系統(tǒng)一個(gè)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(shí)現(xiàn)信息傳遞和處理。數(shù)字通信基礎(chǔ)離散信號(hào)數(shù)字信號(hào)是離散的，以比特的形式表示信息，在時(shí)間和幅度上都是離散的?？乖肼暷芰?shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)更不容易受到噪聲干擾，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)可以進(jìn)行誤碼檢測(cè)和糾正。靈活處理數(shù)字信號(hào)可以方便地進(jìn)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?hào)形式。編碼方式包括：ASCII、Unicode、二進(jìn)制編碼等。調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，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(hào)傳輸?shù)奈锢砻浇椋珉娎|、光纖、無(wú)線電波等。噪聲是指在信號(hào)傳輸過(guò)程中，干擾信號(hào)的任何形式的能量。衰減是指信號(hào)在傳輸過(guò)程中能量的損失。信號(hào)傳輸與檢測(cè)1傳輸介質(zhì)電纜、光纖、無(wú)線電波2信號(hào)衰減距離增加，信號(hào)強(qiáng)度減弱3信號(hào)失真?zhèn)鬏斶^(guò)程中信號(hào)形狀變化4接收端檢測(cè)還原原始信號(hào)差錯(cuò)檢測(cè)與糾正1檢測(cè)錯(cuò)誤使用校驗(yàn)和、奇偶校驗(yàn)等方法檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。2糾正錯(cuò)誤使用漢明碼、循環(huán)碼等方法糾正錯(cuò)誤，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。3提高可靠性通過(guò)檢測(cè)和糾正錯(cuò)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(gè)頻帶，每個(gè)頻帶分配給不同的信號(hào)。時(shí)分復(fù)用(TDM)將時(shí)間分成多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙分配給不同的信號(hào)。碼分復(fù)用(CDM)使用不同的碼型來(lái)區(qū)分不同的信號(hào)，允許同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由多個(gè)計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備通過(guò)通信線路連接而成的系統(tǒng)，它使計(jì)算機(jī)能夠互相通信，共享資源和信息?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是信息時(shí)代不可或缺的一部分，為人們的生活和工作帶來(lái)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和加密會(huì)話層建立、管理和終止會(huì)話傳輸層提供端到端可靠數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(jī)和路由器。傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通過(guò)各種傳輸介質(zhì)傳遞，例如雙絞線、同軸電纜、光纖和無(wú)線電波。物理編碼物理層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)，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(jìn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議(PPP)等。關(guān)鍵技術(shù)差錯(cuò)控制、流量控制、介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)等。網(wǎng)絡(luò)層邏輯尋址網(wǎng)絡(luò)層使用IP地址來(lái)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。數(shù)據(jù)包路由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)路由到目標(biāo)主機(jī)。網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)層允許不同的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器進(jìn)行互連。傳輸層1數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)段，并為每個(gè)數(shù)據(jù)段添加傳輸層頭部信息，包括端口號(hào)、序列號(hào)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(guò)流量控制機(jī)制來(lái)控制數(shù)據(jù)傳輸速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。4錯(cuò)誤檢測(cè)傳輸層使用校驗(yàn)和等機(jī)制檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，并進(jìn)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(yè)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)母袷剑缥谋?、圖像和視頻。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的物理連接方式。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、總線型、環(huán)型、樹(shù)型和網(wǎng)狀型等。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有不同的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。例如，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于管理和擴(kuò)展，但中心節(jié)點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；總線型拓?fù)浣Y(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(shí)使用電話線。報(bào)文交換報(bào)文交換將整個(gè)報(bào)文作為一個(gè)整體進(jìn)行傳輸，它在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中無(wú)需建立物理連接，適用于數(shù)據(jù)量較小且傳輸時(shí)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(guò)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由，每個(gè)數(shù)據(jù)包可以獨(dú)立傳輸，適用于數(shù)據(jù)量較大且傳輸時(shí)間敏感的情況。以太網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是當(dāng)今最流行的局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高速傳輸支持多種傳輸速率，最高可達(dá)100Gbps物理層技術(shù)采用雙絞線、光纖等多種傳輸介質(zhì)無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)并創(chuàng)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入使用筆記本電腦、手機(jī)等設(shè)備連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋范圍無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(guó)家。傳輸距離長(zhǎng)WAN使用多種傳輸介質(zhì)，包括光纖、微波和衛(wèi)星，以覆蓋長(zhǎng)距離。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜WAN通常由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，例如路由器、交換機(jī)和調(diào)制解調(diào)器，以支持?jǐn)?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(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸和路由。2地址標(biāo)識(shí)IP協(xié)議使用IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)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(jìn)行傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)效率。4無(wú)連接協(xié)議IP協(xié)議是一種無(wú)連接協(xié)議，它不保證數(shù)據(jù)包的順序到達(dá)，需要更高層的協(xié)議來(lái)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(fù)責(zé)計(jì)算數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)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(hù)路由表，以實(shí)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(fù)責(zé)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供了標(biāo)準(zhǔn)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(jí)，每一層負(fù)責(zé)不同的功能，并通過(guò)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(hù)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(lái)自各種來(lái)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(gè)不斷發(fā)展和演化的領(lǐng)域，需要不斷改進(jìn)和更新技術(shù)和策略以應(yīng)對(duì)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(guò)阻止來(lái)自外部網(wǎng)絡(luò)的未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)來(lái)保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。防病毒軟件防病毒軟件可以檢測(cè)和清除惡意軟件，例如病毒、蠕蟲(chóng)和木馬，保護(hù)計(jì)算機(jī)免受攻擊。入侵檢測(cè)系統(tǒng)入侵檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，尋找可疑活動(dòng)，并在發(fā)現(xiàn)攻擊時(shí)發(fā)出警報(bào)。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御常見(jiàn)攻擊類型包括病毒、蠕蟲(chóng)、木馬、拒絕服務(wù)攻擊等，會(huì)對(duì)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(cè)系統(tǒng)、反病毒軟件等，旨在識(shí)別和阻止攻擊行為。安全意識(shí)用戶需要提高網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)，識(shí)別并防范潛在的攻擊威脅。實(shí)驗(yàn)1:模擬通信系統(tǒng)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫饽M信號(hào)調(diào)制與解調(diào)原理2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容搭建模擬通信系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)要求掌握信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的具體步驟通過(guò)模擬通信系統(tǒng)的搭建，學(xué)生能夠深刻理解模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)原理，并掌握信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的具體步驟。該實(shí)驗(yàn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)2:以太網(wǎng)連接目標(biāo)熟悉以太網(wǎng)的物理連接方式，并進(jìn)行簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)配置。步驟使用網(wǎng)線連接計(jì)算機(jī)和交換機(jī)，配置IP地址和子網(wǎng)掩碼。驗(yàn)證使用ping命令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連接是否正常，確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)驗(yàn)3:IP路由配