計算機通信與實驗本課程將探討計算機網絡的基礎知識，并通過實際實驗加深理解。課程簡介1目標幫助學生了解計算機通信的基本原理和技術，掌握網絡設備和協議的配置方法，為后續學習和工作打下堅實基礎。2內容涵蓋數據通信基礎、計算機網絡概述、網絡協議、網絡安全等方面，并結合實驗環節進行實踐操作。3學習方式課堂講授、課后練習、實驗操作相結合，以理論學習和實踐訓練為主，培養學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，涉及發送方、接收方和信息本身。發送方將信息編碼，通過信道傳遞給接收方，接收方解碼信息。通信系統一個完整的通信系統包含發送器、信道、接收器以及相關的設備，用于實現信息傳遞和處理。數字通信基礎離散信號數字信號是離散的，以比特的形式表示信息，在時間和幅度上都是離散的。抗噪聲能力數字信號比模擬信號更不容易受到噪聲干擾，因為數字信號可以進行誤碼檢測和糾正。靈活處理數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。編碼與調制編碼將信息轉換為適合傳輸的信號形式。編碼方式包括：ASCII、Unicode、二進制編碼等。調制將數字信號轉換為模擬信號，以便在信道上傳輸。調制方式包括：振幅調制、頻率調制、相位調制等。信道與噪聲信道是指信號傳輸的物理媒介，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信號失真傳輸過程中信號形狀變化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據傳輸過程中的錯誤。2糾正錯誤使用漢明碼、循環碼等方法糾正錯誤，恢復原始數據。3提高可靠性通過檢測和糾正錯誤，提高數據傳輸的可靠性，確保數據完整性。多路復用技術頻分復用(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。碼分復用(CDM)使用不同的碼型來區分不同的信號，允許同時傳輸多個信號。計算機網絡概述計算機網絡是一個由多個計算機及相關設備通過通信線路連接而成的系統，它使計算機能夠互相通信，共享資源和信息。現代計算機網絡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參考模型應用層提供用戶與網絡交互的接口表示層負責數據格式轉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據傳輸網絡層負責網絡地址分配和路由數據鏈路層管理物理介質和數據幀傳輸物理層定義網絡設備之間的物理連接物理層網絡設備物理層負責數據在網絡設備之間的傳輸，比如網卡、集線器、交換機和路由器。傳輸介質數據通過各種傳輸介質傳遞，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據轉換為電信號或光信號，并定義傳輸的速率、格式和協議。數據鏈路層數據鏈路層的功能將網絡層的數據封裝成幀，并在物理層提供的比特流基礎上進行可靠的數據傳輸。主要協議以太網協議、令牌環協議、點對點協議(PPP)等。關鍵技術差錯控制、流量控制、介質訪問控制(MAC)等。網絡層邏輯尋址網絡層使用IP地址來識別網絡中的設備。數據包路由網絡層負責將數據包從源主機路由到目標主機。網絡互連網絡層允許不同的網絡通過路由器進行互連。傳輸層1數據傳輸傳輸層負責將應用程序數據分成數據段，并為每個數據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用程序提供端到端連接服務，確保數據可靠傳輸。3流量控制傳輸層通過流量控制機制來控制數據傳輸速率，避免網絡擁塞。4錯誤檢測傳輸層使用校驗和等機制檢測數據傳輸過程中的錯誤，并進行重傳。應用層用戶接口為用戶提供網絡服務，例如網頁瀏覽、郵件發送和文件傳輸。網絡協議定義了應用程序之間通信的規則，例如HTTP、FTP和SMTP。數據格式規定了數據在網絡上傳輸的格式，例如文本、圖像和視頻。網絡拓撲結構網絡拓撲結構描述了網絡中各個節點之間的物理連接方式。常見的網絡拓撲結構包括星型、總線型、環型、樹型和網狀型等。不同的拓撲結構具有不同的特點和優缺點。例如，星型拓撲結構易于管理和擴展，但中心節點故障會導致整個網絡癱瘓；總線型拓撲結構成本低，但數據傳輸速度慢且容易發生沖突。交換技術電路交換電路交換是一種古老的交換技術，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，它在數據傳輸過程中無需建立物理連接，適用于數據量較小且傳輸時間不敏感的情況。分組交換分組交換將數據分割成稱為數據包的小塊，并通過網絡中的節點進行路由，每個數據包可以獨立傳輸，適用于數據量較大且傳輸時間敏感的情況。以太網技術局域網標準以太網是當今最流行的局域網技術標準高速傳輸支持多種傳輸速率，最高可達100Gbps物理層技術采用雙絞線、光纖等多種傳輸介質無線局域網無線路由器連接到互聯網并創建無線網絡的設備無線網絡接入使用筆記本電腦、手機等設備連接到無線網絡信號覆蓋范圍無線網絡信號覆蓋范圍，通常受墻壁等阻擋廣域網技術覆蓋范圍廣廣域網（WAN）連接地理位置分散的網絡，跨越城市、省份甚至國家。傳輸距離長WAN使用多種傳輸介質，包括光纖、微波和衛星，以覆蓋長距離。網絡結構復雜WAN通常由多個網絡設備組成，例如路由器、交換機和調制解調器，以支持數據傳輸。IP協議1網絡層協議IP協議是互聯網協議，它負責在網絡中進行數據包的傳輸和路由。2地址標識IP協議使用IP地址來標識網絡中的每個設備，為數據包的傳輸提供路徑信息。3數據包分段IP協議可以將大型數據包分割成較小的數據包進行傳輸，提高網絡效率。4無連接協議IP協議是一種無連接協議，它不保證數據包的順序到達，需要更高層的協議來處理數據包的順序和可靠性。路由技術路由算法路由算法負責計算數據包從源節點到目標節點的最佳路徑。路由協議路由協議用于交換路由信息并維護路由表，以實現網絡的互聯互通。路由器路由器是網絡中負責轉發數據包的設備，根據路由表決定數據包的下一步去向。TCP/IP協議族互聯性TCP/IP協議族為各種計算機網絡提供了標準化通信協議，使不同類型的網絡能夠相互連接并通信。分層結構協議族分為不同的層級，每一層負責不同的功能，并通過協議接口與其他層交互，確保數據在網絡中傳遞。廣泛應用TCP/IP協議族廣泛應用于互聯網和其他各種網絡環境中，成為現代網絡通信的基礎。網絡安全概述網絡安全是指保護網絡及其相關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、數據泄露和網絡犯罪。網絡安全是一個不斷發展和演化的領域，需要不斷改進和更新技術和策略以應對新的威脅。網絡安全技術防火墻防火墻是網絡安全的基礎，它通過阻止來自外部網絡的未經授權的訪問來保護內部網絡。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。入侵檢測系統入侵檢測系統監控網絡流量，尋找可疑活動，并在發現攻擊時發出警報。網絡攻擊與防御常見攻擊類型包括病毒、蠕蟲、木馬、拒絕服務攻擊等，會對網絡系統造成各種危害。防御措施包括防火墻、入侵檢測系統、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絡安全意識，識別并防范潛在的攻擊威脅。實驗1:模擬通信系統1實驗目的理解模擬信號調制與解調原理2實驗內容搭建模擬通信系統，進行信號調制與解調實驗3實驗要求掌握信號調制與解調的具體步驟通過模擬通信系統的搭建，學生能夠深刻理解模擬信號的調制與解調原理，并掌握信號調制與解調的具體步驟。該實驗可以幫助學生更好地理解通信的基本概念，為后續的學習打下堅實基礎。實驗2:以太網連接目標熟悉以太網的物理連接方式，并進行簡單網絡配置。步驟使用網線連接計算機和交換機，配置IP地址和子網掩碼。驗證使用ping命令測試網絡連接是否正常，確認數據傳輸。實驗3:IP路由配