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《高等职业教育特色精品课程规划教材•计算机网络基础》重点讲述局域网应用系统的使用、安装、规划、管理和维护的基本知识。对目前使用较少或不是很流行的网络应用系统则采取少讲或不讲。力求做到理论和实践地密切结合。
《现代通信的奥秘：数据传输的物理与逻辑》 简介： 在这个信息爆炸的时代，我们每天都在享受着数据流带来的便利：在线购物、视频通话、社交媒体互动，以及海量信息的即时获取。然而，这些看似理所当然的服务背后，隐藏着一个复杂而精妙的系统——通信网络。本书将带您深入探究现代通信的底层逻辑，揭示数据如何在物理介质上穿越千山万水，又如何在逻辑层面被高效地组织与传递。我们不是在讲述如何配置路由器或编写网络协议，而是聚焦于通信的基石，理解那些驱动着一切运转的原理。 第一章：信号的本质与编码——信息的载体 万事万物皆有其表现形式，信息也不例外。在通信领域，信息需要被转化为能够传输的“信号”。本章将从最基础的物理层面出发，探讨电信号、光信号以及无线电波等不同信号的特性，以及它们是如何承载信息的。我们会了解模拟信号的连续性与数字信号的离散性，理解为何数字信号在现代通信中占据主导地位。 模拟信号的魅力与局限： 探究声音、图像等自然界信息的模拟表现形式，理解其平滑的特性，但同时也面临着噪声干扰、失真以及传输损耗等挑战。 数字信号的精确与坚韧： 深入理解二进制（0和1）作为数字信号的基本单元，以及它如何通过采样、量化和编码等过程来表示和传输信息。我们将看到数字信号是如何通过纠错和校验机制来抵抗噪声，确保数据的完整性。 编码的艺术： 了解不同类型的编码方式，例如曼彻斯特编码、NRZ编码等，它们如何将二进制序列转化为适合在特定物理介质上传输的波形。我们将探究这些编码方式在提高传输效率和降低误码率方面的作用。 信源编码的压缩之道： 讨论如何通过去除冗余信息来压缩数据，从而提高传输效率。我们会接触到无损压缩和有损压缩的基本概念，并了解它们在音频、视频等领域的应用。 第二章：物理传输的舞台——数据穿越的介质 信号需要载体才能传播。本章将聚焦于构成通信网络骨架的物理传输介质，从我们熟悉的导线到不可见的无线频谱，我们将一一解析它们的特性、优势与劣势。 导线传输： 同轴电缆： 了解其结构，包括中心导体、绝缘层、屏蔽层和外层绝缘层，以及它们如何共同实现信号的传输和干扰的抑制。探讨同轴电缆在早期的有线电视和网络传输中的应用。 双绞线（UTP/STP）： 深入理解为何将导线绞合在一起能有效降低电磁干扰，以及不同类别（如Cat5e, Cat6）的双绞线在传输速率和带宽上的差异。这是我们日常接触最多的网络线材，我们将揭示其设计的精妙之处。 光纤： 领略光纤通信的强大，理解光信号如何在玻璃或塑料纤维中以全反射原理传输。我们将讨论单模光纤和多模光纤的区别，以及光纤在长距离、高带宽通信中的不可替代性。 无线传输： 无线电波： 探索电磁波谱的奥秘，理解不同频率的无线电波如何被用于手机通信、Wi-Fi、蓝牙等多种场景。我们将讨论无线电波的传播特性，如反射、折射、衍射和衰减，以及它们如何影响通信质量。 微波： 了解微波在点对点通信、卫星通信和雷达等领域的作用，以及其高频段的传输特性。 红外线： 探讨红外线在短距离通信（如电视遥控器）中的应用，以及其非穿透性。 介质的性能指标： 了解带宽（Bandwidth）、衰减（Attenuation）、信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）等关键参数，以及它们如何影响数据传输的速率和可靠性。 第三章：信号的旅程——从发送端到接收端 数据一旦被编码并承载于信号之上，便踏上了它的旅程。本章将详细阐述信号在物理介质上传输的全过程，以及在这个过程中可能遇到的挑战和应对策略。 信号的产生与调制： 了解基带信号如何通过调制技术（如AM, FM, PSK, QAM）被叠加到高频载波上，以便于在特定频率范围内传输。我们将解释不同调制方式的原理和应用场景。 传输中的衰减与失真： 深入理解信号在传输过程中由于介质的电阻、电容等特性引起的功率下降（衰减）以及信号波形变形（失真）。 噪声的侵扰： 探讨热噪声、串扰、外部干扰等各种噪声源如何影响信号的清晰度，以及它们对数据传输的破坏性。 信号的放大与再生： 介绍中继器（Repeater）和放大器（Amplifier）的作用，它们如何补偿信号的衰减，将信号恢复到足够强的水平。 信号的完整性： 探讨如何通过纠错码（Error Correction Codes, ECC）等技术来检测和纠正传输过程中产生的错误，确保数据的准确性。 多路复用： 了解如何在一个物理通道上同时传输多路信号，从而提高介质的利用率。我们将介绍时分多路复用（TDM）、频分多路复用（FDM）和波分多路复用（WDM）等技术。 第四章：连接的艺术——网络拓扑与介质访问 当多个设备需要互相通信时，它们就需要被组织成一个网络。本章将探讨网络是如何被构建起来的，以及设备如何在共享的传输介质上进行有序的通信。 网络拓扑结构： 总线型（Bus）： 了解其结构简单、易于扩展的特点，以及在共享介质上容易发生冲突的缺点。 星型（Star）： 探索以中心节点（如交换机、集线器）为核心的连接方式，以及其优点在于易于管理和故障隔离。 环型（Ring）： 分析数据沿固定方向循环传输的特点，以及其在令牌环网等早期网络中的应用。 网状型（Mesh）： 认识其高度冗余和高可靠性的优势，以及在大型、关键网络中的应用。 混合型： 了解现实网络中通常采用多种拓扑结构相结合的混合模式。 介质访问控制（MAC）： 轮询（Polling）： 探讨主节点依次询问从节点是否需要传输数据的方式。 争用型（Contention-based）： Aloha及其变种： 了解其简单但效率较低的随机访问机制。 CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）： 深入分析以太网（Ethernet）是如何通过侦听介质是否空闲，以及在发生冲突时如何进行退避和重传，从而实现高效的共享介质访问。 CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）： 探讨Wi-Fi等无线网络中如何通过“预约”机制来避免冲突，提高无线传输的稳定性。 令牌传递（Token Passing）： 了解令牌环网（Token Ring）等网络中，令牌在网络中循环传递，只有持有令牌的节点才能发送数据的机制。 第五章：效率的追求——通信协议的逻辑 即便有良好的物理基础和传输介质，没有一套统一的“语言”和规则，设备之间也无法进行有效的沟通。本章将揭示支撑起全球通信网络的通信协议的运作逻辑，理解它们如何分层协同，实现数据的可靠传输和交换。 协议分层的思想： 介绍OSI七层模型和TCP/IP四层模型等经典的协议栈模型，理解分层的好处在于简化设计、提高灵活性和促进标准化。 数据封装与解封装： 解释数据在每一层是如何被添加头部信息（PDU），形成新的数据单元，并在接收端被逐层拆解的过程。 数据链路层： 聚焦于本地网络中的数据传输，包括MAC地址的寻址、帧的格式、错误检测（如CRC）和介质访问控制（MAC）等。 网络层： 探索跨越不同网络的“路由”机制，理解IP地址的作用，以及路由器是如何根据IP地址选择最佳路径将数据包从源传输到目的的。 传输层： 关注端到端的数据传输可靠性和效率。 TCP（传输控制协议）： 深入理解其面向连接、可靠的特性，包括三次握手、四次挥手、流量控制和拥塞控制等机制，确保数据无损、按序到达。 UDP（用户数据报协议）： 介绍其无连接、不可靠的特性，但由于其头部开销小、传输速度快，在实时应用（如视频会议、在线游戏）中扮演重要角色。 应用层： 了解用户直接交互的各种协议，例如HTTP（网页浏览）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）等，以及它们如何与下层协议协同工作。 结语： 《现代通信的奥秘：数据传输的物理与逻辑》并非一本枯燥的技术手册，而是一次对我们生活赖以生存的通信网络的深度探索。通过理解信号的本质、传输介质的特性、信号的旅程以及通信协议的逻辑，您将对每天习以为常的数字世界有一个全新的认识。本书旨在激发您对信息科学的好奇心，理解那些看似抽象的技术背后所蕴含的智慧与工程的精妙。希望这本书能为您揭开现代通信的神秘面纱，让您以更开阔的视野去理解和欣赏这个互联互通的时代。
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