《计算机通信与实验》课件

计算机通信与实验本课程将探讨计算机网络的基础知识，并通过实际实验加深理解。课程简介1目标帮助学生了解计算机通信的基本原理和技术，掌握网络设备和协议的配置方法，为后续学习和工作打下坚实基础。2内容涵盖数据通信基础、计算机网络概述、网络协议、网络安全等方面，并结合实验环节进行实践操作。3学习方式课堂讲授、课后练习、实验操作相结合，以理论学习和实践训练为主，培养学生的动手能力和解决问题的能力。通信的基本概念信息传递通信的核心是信息传递，涉及发送方、接收方和信息本身。发送方将信息编码，通过信道传递给接收方，接收方解码信息。通信系统一个完整的通信系统包含发送器、信道、接收器以及相关的设备，用于实现信息传递和处理。数字通信基础离散信号数字信号是离散的，以比特的形式表示信息，在时间和幅度上都是离散的。抗噪声能力数字信号比模拟信号更不容易受到噪声干扰，因为数字信号可以进行误码检测和纠正。灵活处理数字信号可以方便地进行编码、压缩、加密等处理，满足各种通信需求。编码与调制编码将信息转换为适合传输的信号形式。编码方式包括：ASCII、Unicode、二进制编码等。调制将数字信号转换为模拟信号，以便在信道上传输。调制方式包括：振幅调制、频率调制、相位调制等。信道与噪声信道是指信号传输的物理媒介，例如电缆、光纤、无线电波等。噪声是指在信号传输过程中，干扰信号的任何形式的能量。衰减是指信号在传输过程中能量的损失。信号传输与检测1传输介质电缆、光纤、无线电波2信号衰减距离增加，信号强度减弱3信号失真传输过程中信号形状变化4接收端检测还原原始信号差错检测与纠正1检测错误使用校验和、奇偶校验等方法检测数据传输过程中的错误。2纠正错误使用汉明码、循环码等方法纠正错误，恢复原始数据。3提高可靠性通过检测和纠正错误，提高数据传输的可靠性，确保数据完整性。多路复用技术频分复用(FDM)将频谱分成多个频带，每个频带分配给不同的信号。时分复用(TDM)将时间分成多个时隙，每个时隙分配给不同的信号。码分复用(CDM)使用不同的码型来区分不同的信号，允许同时传输多个信号。计算机网络概述计算机网络是一个由多个计算机及相关设备通过通信线路连接而成的系统，它使计算机能够互相通信，共享资源和信息。现代计算机网络是信息时代不可或缺的一部分，为人们的生活和工作带来巨大的便利。OSI参考模型应用层提供用户与网络交互的接口表示层负责数据格式转换和加密会话层建立、管理和终止会话传输层提供端到端可靠数据传输网络层负责网络地址分配和路由数据链路层管理物理介质和数据帧传输物理层定义网络设备之间的物理连接物理层网络设备物理层负责数据在网络设备之间的传输，比如网卡、集线器、交换机和路由器。传输介质数据通过各种传输介质传递，例如双绞线、同轴电缆、光纤和无线电波。物理编码物理层将数据转换为电信号或光信号，并定义传输的速率、格式和协议。数据链路层数据链路层的功能将网络层的数据封装成帧，并在物理层提供的比特流基础上进行可靠的数据传输。主要协议以太网协议、令牌环协议、点对点协议(PPP)等。关键技术差错控制、流量控制、介质访问控制(MAC)等。网络层逻辑寻址网络层使用IP地址来识别网络中的设备。数据包路由网络层负责将数据包从源主机路由到目标主机。网络互连网络层允许不同的网络通过路由器进行互连。传输层1数据传输传输层负责将应用程序数据分成数据段，并为每个数据段添加传输层头部信息，包括端口号、序列号等。2端到端连接传输层为应用程序提供端到端连接服务，确保数据可靠传输。3流量控制传输层通过流量控制机制来控制数据传输速率，避免网络拥塞。4错误检测传输层使用校验和等机制检测数据传输过程中的错误，并进行重传。应用层用户接口为用户提供网络服务，例如网页浏览、邮件发送和文件传输。网络协议定义了应用程序之间通信的规则，例如HTTP、FTP和SMTP。数据格式规定了数据在网络上传输的格式，例如文本、图像和视频。网络拓扑结构网络拓扑结构描述了网络中各个节点之间的物理连接方式。常见的网络拓扑结构包括星型、总线型、环型、树型和网状型等。不同的拓扑结构具有不同的特点和优缺点。例如，星型拓扑结构易于管理和扩展，但中心节点故障会导致整个网络瘫痪；总线型拓扑结构成本低，但数据传输速度慢且容易发生冲突。交换技术电路交换电路交换是一种古老的交换技术，它在通信之前建立一条专用的物理连接，类似于打电话时使用电话线。报文交换报文交换将整个报文作为一个整体进行传输，它在数据传输过程中无需建立物理连接，适用于数据量较小且传输时间不敏感的情况。分组交换分组交换将数据分割成称为数据包的小块，并通过网络中的节点进行路由，每个数据包可以独立传输，适用于数据量较大且传输时间敏感的情况。以太网技术局域网标准以太网是当今最流行的局域网技术标准高速传输支持多种传输速率，最高可达100Gbps物理层技术采用双绞线、光纤等多种传输介质无线局域网无线路由器连接到互联网并创建无线网络的设备无线网络接入使用笔记本电脑、手机等设备连接到无线网络信号覆盖范围无线网络信号覆盖范围，通常受墙壁等阻挡广域网技术覆盖范围广广域网（WAN）连接地理位置分散的网络，跨越城市、省份甚至国家。传输距离长WAN使用多种传输介质，包括光纤、微波和卫星，以覆盖长距离。网络结构复杂WAN通常由多个网络设备组成，例如路由器、交换机和调制解调器，以支持数据传输。IP协议1网络层协议IP协议是互联网协议，它负责在网络中进行数据包的传输和路由。2地址标识IP协议使用IP地址来标识网络中的每个设备，为数据包的传输提供路径信息。3数据包分段IP协议可以将大型数据包分割成较小的数据包进行传输，提高网络效率。4无连接协议IP协议是一种无连接协议，它不保证数据包的顺序到达，需要更高层的协议来处理数据包的顺序和可靠性。路由技术路由算法路由算法负责计算数据包从源节点到目标节点的最佳路径。路由协议路由协议用于交换路由信息并维护路由表，以实现网络的互联互通。路由器路由器是网络中负责转发数据包的设备，根据路由表决定数据包的下一步去向。TCP/IP协议族互联性TCP/IP协议族为各种计算机网络提供了标准化通信协议，使不同类型的网络能够相互连接并通信。分层结构协议族分为不同的层级，每一层负责不同的功能，并通过协议接口与其他层交互，确保数据在网络中传递。广泛应用TCP/IP协议族广泛应用于互联网和其他各种网络环境中，成为现代网络通信的基础。网络安全概述网络安全是指保护网络及其相关资源免受各种威胁的措施和策略。这些威胁可以来自各种来源，包括恶意软件、黑客攻击、数据泄露和网络犯罪。网络安全是一个不断发展和演化的领域，需要不断改进和更新技术和策略以应对新的威胁。网络安全技术防火墙防火墙是网络安全的基础，它通过阻止来自外部网络的未经授权的访问来保护内部网络。防病毒软件防病毒软件可以检测和清除恶意软件，例如病毒、蠕虫和木马，保护计算机免受攻击。入侵检测系统入侵检测系统监控网络流量，寻找可疑活动，并在发现攻击时发出警报。网络攻击与防御常见攻击类型包括病毒、蠕虫、木马、拒绝服务攻击等，会对网络系统造成各种危害。防御措施包括防火墙、入侵检测系统、反病毒软件等，旨在识别和阻止攻击行为。安全意识用户需要提高网络安全意识，识别并防范潜在的攻击威胁。实验1:模拟通信系统1实验目的理解模拟信号调制与解调原理2实验内容搭建模拟通信系统，进行信号调制与解调实验3实验要求掌握信号调制与解调的具体步骤通过模拟通信系统的搭建，学生能够深刻理解模拟信号的调制与解调原理，并掌握信号调制与解调的具体步骤。该实验可以帮助学生更好地理解通信的基本概念，为后续的学习打下坚实基础。实验2:以太网连接目标熟悉以太网的物理连接方式，并进行简单网络配置。步骤使用网线连接计算机和交换机，配置IP地址和子网掩码。验证使用ping命令测试网络连接是否正常，确认数据传输。实验3:IP路由配