spContent=在移动互联和互联网+的时代,对于无论是想了解通信与互联网相关知识但没有太多专业基础的人员,还是作为有志于投身通信与互联网行业的研发人员、创业者,学习“计算机通信网络”这门课程都是十分必要的。同时,它也是高等学校电子与通信工程专业本科生必修的一门核心专业课程。
在移动互联和互联网+的时代,对于无论是想了解通信与互联网相关知识但没有太多专业基础的人员,还是作为有志于投身通信与互联网行业的研发人员、创业者,学习“计算机通信网络”这门课程都是十分必要的。同时,它也是高等学校电子与通信工程专业本科生必修的一门核心专业课程。
—— 课程团队
课程概述
通信是人类亘古不变的追求,在移动互联和互联网+的时代,无论是云计算、大数据、全球卫星定位、智能家居、智慧城市还是4G/5G移动蜂窝网、物联网(IoT)、传感器网络、空天地海一体化网络、无人驾驶、人工智能(AI)等,都是以通信网络为基础。通信网络技术已经深刻地改变了人们的工作、学习、生活、娱乐等方式。
本课程生动有趣,以实例从通信中的三次握手讲起,以通俗易懂的方式,利用Internet协议分层和TCP/IP协议簇,主要讲授计算机信网络的基本概念和基本原理,计算机网络的体系结构以及各层协议,还包括局域网、城域网、广域网、光纤网络、网络互联、网络管理、网络安全以及基于C/S、B/S和P2P的各种应用开发等,强调应用层范例和Socket应用编程接口,说明应用层协议是怎样交换信息的,并是怎样分解成比特和信号以何种接口通过Internet传输的,在传输的过程中如何进行信息编码、信息同步、差错控制和流量控制等,使学生在碎片化的时间里能够从总体上理解网络的基础知识,澄清认识上的一些误区,并通过研发项目实例,启发学生的创新思维,使学生具备基本的开发能力。
授课目标
计算机通信网络技术的发展日新月异,内容也是包罗万象、十分庞杂,本课程力图通过对计算机通信网络技术的发展以及最新技术的介绍,加深学生对基本概念和基础理论的理解和掌握,通过实例启发学生的创造性思维,触类旁通,培养学生分析和解决实际问题的能力。本课程的设计原则是:
1、坚持以基本概念和基础理论为先的教学原则;
2、坚持通过最新技术的研发项目启发学生的创新性思维的设计原则;
3、从应用的角度来讲解计算机通信网络,培养学生解决实际问题的能力。
本课程的目标是:
(1)使学生掌握计算机通信网络的基本理论,包括信息、信号、编码、接口、检错纠错、数据交换、路由选择等;
(2)使学生掌握计算机通信网络的体系结构及其协议体系;
(3)使学生掌握网络设计及不同构型网络之间的互联互通,包括网络管理、网络安全等;
(4)使学生学会通过应用编程接口实现基本的网络应用,如即时通信、P2P应用、APP开发等。
课程大纲
绪论
课时目标:让学生了解计算机通信网络技术的发展;通过一个通信实例,使学生理解通信中的三次握手过程;理解数据通信与数据通信系统、计算机网络的概念;了解网络协议及标准的有关知识。
1.1 计算机通信网络技术的发展
1.2 一个通信实例:通信中的三次握手
1.3 数据通信与数据通信系统、计算机网络的概念
1.4 网络协议及标准
计算机通信网络的基本概念
课时目标:让学生了解计算机通信网络中的基本概念,包括线路配置及传输模式,拓扑结构,网络类型及网际互连等。进而理解点到点网络和多点网络,单工、半双工和全双工等传输模式,总线型、星型和环型等网络,局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)以及不同网络之间如何互连等。
2.1 线路配置及传输模式
2.2 拓扑结构
2.3 网络类型及网际互连
计算机通信网络的体系结构
课时目标:使学生理解网络分层体系结构,学习ISO OSI/RM模型,并深刻理解OSI/RM模型各层的主要功能,明白在计算机通信网络中实际的通信过程和各层协议之间的关系。进而理解不同层有不同的协议和数据格式,层和层之间通过服务访问点进行协作,以及为什么在网络中我们有硬件地址(MAC)地址、IP地址和端口地址?以及它们之间的关系及如何转换等。
3.1 网络体系结构:OSI/RM模型
3.2 OSI/RM模型各层的主要功能
信号
课时目标:使学生理解模拟信号与数字信号、周期性信号与非周期性信号、数字信号分解、介质带宽与有效带宽和信道容量等基础知识。进而理解为什么每一种传输介质都有不同的带宽?为什么理想的方波在介质传输中总会发生畸变而有传输距离的限制等。
编码
课时目标:使学生理解信号在传输前的各种编码方式,包括数字-数字编码、模拟-数字编码、数字-模拟编码和模拟-模拟编码等,进而理解以太网中为什么会采用曼彻斯特编码?为什么正交调幅编码(QAM)技术会得到广泛应用等。
5.1 数字-数字编码与模拟-数字编码
5.2 数字-模拟编码与模拟-模拟编码
数字数据传输:接口和调制解调器
课时目标:使学生理解通信中的DTE/DCE接口的概念,以及模拟接口RS-232、RS-449等和数字接口X.21等,理解为什么在数字和模拟信号传输中需要调制解调器?如何通过AT命令集实现对智能调制解调器的编程控制?如何通过调制解调器实现拨号上网等。
6.1 数字数据传输及DTE/DCE接口
6.2 模拟/数字接口及调制解调器
传输媒介
课时目标:让学生了解通信网络中的传输媒介,包括同轴电缆、双绞线和光纤等有向介质的特点及应用,以及微波、红外、激光、蜂窝移动通信和卫星通信等无向介质的特点及应用等。尤其是现在广泛使用的5类非屏蔽双绞线UTP5和RJ-45接口,单模光纤和多模光纤及RT/RC接口等。
信号复用技术
课时目标:使学生理解为了提高传输效率,在实际的物理媒介上采用的信号复用技术,包括FDM、TDM等,以及复用技术的应用实例。进而深刻理解T1线路和E1线路等是如何复用的。
8.1 FDM/TDM
8.2 复用技术的应用实例:模拟业务和数字业务
错误检测及纠正
课时目标:使学生理解通信网络中的错误检测方法,包括奇偶校验、水平垂直奇偶校验、CRC循环冗余校验、校验和等;以及错误纠正的方法,包括纠错码-海明码等。
数据链路控制
课时目标:使学生理解要完成点到点或者点到多点的通信,如何进行线路规程设计及流量控制,如何通过询问/应答模式或者轮询/选择模式完成数据传输过程等。
10.1 线路规程及流量控制
10.2 错误控制:自动重发请求
数据链路协议
课时目标:使学生理解如何通过数据链路协议来实现数据链路控制,包括如何发起一次传输?如何建立连接?如何实现数据的发送和接收?如何保证透明性传输?如何结束一次传输等。
11.1 异步协议与同步协议:面向字符的BSC协议
11.2 面向比特的HDLC协议
局域网
课时目标:使学生理解基于数据链路协议构建的局域网IEEE802标准,理解MAC子层和LLC子层的功能,以及以太网Ethernet,令牌总线、令牌环网、FDDI网等,了解它们如何组网?如何实现数据传输?以及共享介质的访问控制方法,包括CSMA/CD、Token Ring等。
12.1 IEEE802标准及Ethernet以太网
12.2 令牌总线、令牌环网与FDDI
城域网
课时目标:使学生理解城域网DQDB及SMDS是如何组网的?数据的传输过程和网络互连等。
数据交换原理
课时目标:使学生理解为什么要进行数据交换?电话网络的线路交换是如何进行的?电报网络的报文交换是如何进行的?计算机通信网络的分组交换是如何进行的?分组交换中的虚电路交换和数据报交换有什么不同?它们分别可以提供何种不同的网络服务等。
14.1 线路交换及报文交换
14.2 分组交换及OSI模型中的网络层
广域网
课时目标:使学生理解广域网ISDN、X.25、帧中继、ATM和光纤网络SONET/SDH是如何组网的?数据的传输过程和网络互连等。
15.1 综合业务数字网ISDN
15.2 X.25
15.3 帧中继
15.4 ATM
15.5 SONET/SDH
网络互联设备及路由算法
课时目标:使学生理解不同的网络设备,包括中继器Repeater、集线器Hub、网桥Bridge、交换机Switch、路由器Router、网关Gateway等,以及它们的工作协议层次和主要作用;理解广播风暴的概念;理解距离矢量路由算法和状态路由算法,进而理解如何通过最短路径Dijkstra算法构建最短路径树,理解Internet中的RIP路由信息协议和OSPF开放最短路径优先协议等。
传输层
课时目标:使学生理解为什么在数据链路层的点到点传输功能的基础上还需要额外的传输层进行传输控制、流量控制和差错控制等?理解传输层主要面对端对端传输功能,通过端口地址,可以实现面向连接的传输以及非面向连接的传输。理解用户可以通过传输层的功能实现不同的QoS要求。
OSI高层
课时目标:使学生理解OSI/RM模型中的会话层、表示层和应用层的功能;理解会话控制和如何进行断点续传?理解在表示层的不同编码转换、加密/解密,压缩/解压缩等;以及应用层的各种不同用户应用需求等。
TCP/IP
课时目标:使学生理解TCP/IP协议体系并和OSI/RM模型进行对比,理解为什么在TCP/IP中没有单独的会话层和表示层?理解不同的Internet协议,包括WWW应用的HTTP协议,文件传输协议FTP,远程登录Telnet,发送和接收邮件的SMTP协议和POP3协议,域名系统DNS,TCP协议,UDP协议,IP协议及IP地址,地址解析协议ARP和逆向的地址解析协议RARP,ICMP协议等;理解静态和动态等不同网页的开发模式等。
19.1 TCP/IP协议体系
19.2 TCP/IP应用层
项目研发实例
课时目标:通过项目研发实例,使学生能综合运用所学知识进行应用系统的开发,包括基于C/S和B/S的电信计费系统设计与实现,基于Android的智能家居系统设计与实现。
201. 基于C/S和B/S的电信计费系统设计与实现
20.2 基于Android的智能家居系统设计与实现
展开全部
预备知识
参考资料
1. Behrouz A.Forouza,《数据通信与网络(英文版•第5版)》,机械工业出版社,2013.6
2.Andrew S. Tanenbaum, David J. Wetherall 著 严 伟 潘爱民 译《计算机网络(第六版)》,清华大学出版社,2022.6
3.James F. Kurose; Keith W. Ross《计算机网络:自顶向下方法(原书第8版)》,机械工业出版社,2022.10
常见问题
1.该课程是否有教科书?
有推荐的教材和参考书籍。但是,讲授的内容不仅仅局限于教科书。因为对于《计算机通信网络》课程来说,涵盖的技术非常广泛,技术的发展也非常迅猛,所以在线课程讲授期望能够把这些零散的知识系统化,并加入了很多项目研发的实践经验,帮助学生理解和掌握基本的原理,并能进行实际的研发应用。
2.我以前的专业不是通信工程,但是我很想从事互联网行业,也学习了一些网络知识,但是感觉到内容太庞杂,理不清头绪,也不知道如何着手,我能学好这门课程吗?
能!《计算机通信网络》课程在内容的安排上,已经照顾到了学习者可能存在基础不是太扎实这种情况。尽可能深入浅出、循序渐进地把关键的技术原理讲清楚,同时又从系统的概念出发,把纷繁复杂的技术通过计算机通信网络的体系结构贯穿起来,使学习者能很快理解和掌握相关知识,理清一些模糊认识,尽快投入到实际的技术研发中去。
3.该课程怎么样学习效果更好?
作为在线课程,主要利用学生们的碎片化时间。课程在编排方面以知识点为讲解重点,遵循系统化的线索来安排。在学习的时候,可以先观看在线视频,之后通过细读教材和参考书籍的相关内容来加深理解。配套的,还有一些练习习题,可以帮之掌握相关的知识。同时,可以通过在线讨论和老师进行交流和在线答疑,获得更好的学习效果。
4.该课程如何进行课程考核?
该课程的学习目的是为了让学生们掌握计算机网络的相关知识,并通过学习来启发学生们的互联网创新思维,进而在实际的系统研发中发挥作用。所以,课程的考核主要是平时在课程的学习中,会有一些单元测验,以检查学生们的学习效果,占60%;另一部分是在课程结束之后,会给出一些综合测验,以检查学生们运用所学知识和探索新技术的能力,占40%。