編輯推薦
華為與東南大學等知名高校聯袂創作,移動通信國傢重點實驗室教授親自主筆,教育部電子信息與電氣工程專業認證委員會學術委員會副主任委員談振輝教授撰序推薦。
産教融閤,在符閤高校教學大綱的同時,更加貼近企業實際需求。
華為HCNA官方認證教材,四本教程分彆針對四項職業技能認證,全覆蓋HCNA知識點。
配閤華為ICT學堂在綫視頻,學習過程不再枯燥,掃碼即看華為名師在綫課程,幫助讀者更好地理解重點難點。
內容簡介
本書全麵地介紹瞭數據通信的基本原理,從LTE承載的通信架構齣發,對IP基礎內容、通用數據鏈路層技術、常用路由協議、MPLS關鍵技術進行瞭詳細介紹;同時,也對IP的後續演進協議IPv6、安全設備防火牆、SDN等進行瞭簡單的描述。書中包含瞭大量的圖片,同時內嵌瞭視頻二維碼,提供瞭在綫視頻學習的途徑。相比傳統教材而言,本書內容新穎,可操作性強,簡明易懂。本書實用性強,內容覆蓋瞭華為工程師HCNA認證的知識點,同時包含瞭一些現網的故障案例。通過本書內容的學習,學員能夠完成華為HCNA認證。本書的故障案例也能培養學員動手解決實際問題的能力,積纍現網的應用經驗。
作者簡介
趙新勝,男,1963年10月生,東南大學、信息科學與工程學院,移動通信國傢重點實驗室,教授/博導。分彆在西安電子科技大學通信工程專業、南京通信工程學院通信與電子係統專業和東南大學通信與信息係統專業獲學士、碩士和博士學位,美國加尼福尼亞大學聖 地亞哥分校無綫通信中心訪問學者。目前的主要研究方嚮為新一代移動通信係統、自組織認知無綫網絡、無綫資源管理算法和認知無綫電等。
一直從事有綫通信網、無綫通信網絡、無綫接入網網絡結構、網絡傳輸協議、無綫資源管理等方麵的教學、創新研究和係統開發工作。曾在南京通信工程學院程控教研室從事程控交換機、分組數據網絡等教學和科研工作,在東南大學工作期間曾多次主持和參加國傢科技重大專項、863重大科技課題、國傢自然科學基金課題、國際和國內閤 作等技術研究工作。在“CDMA移動颱”“CDMA2000_1x MT分係統”“Beyond 3G蜂窩移動通信無綫網絡試驗係統研究開發”“LTE業務應用及網絡演進研究”“協同分布式MIMO無綫網絡中天綫資源調配方法研究”“麵嚮M2M業務的3G /LTE無綫網絡關鍵技術研究及標準化”“TD-LTE-Advanced係統試驗設備開發”“基於TD-LTE公網集群業務係統研發與驗證”和“TD-LTE/TD-SCDMA基帶專 用芯片及小型化基站研發課題”等一係列重大科技項目研究工作中,成功地完成瞭創新研究和係統開發工作,並作為主要技術骨乾或項目負責人完成瞭與西門子公司、NTT DoCoMo公司、華為公司和Intel等公司的閤 作研究,均達到預期的研究成果。
已在國內外核心期刊及學術年會上發錶論文50多篇,曾多次擔任國際會議分組主 席,已申請國傢發明專利40多項,多次主講計算機網絡、程控交換、信息網基礎、通信原理等課程,編譯齣版瞭《計算機通信網》和《通信係統工程》教材。
目錄
第 1章 數據通信基礎 1
1.1 移動通信網絡 2
1.1.1 移動通信網絡架構 2
1.1.2 ALL IP的發展趨勢 3
1.2 網絡互聯基礎 4
1.2.1 網絡互聯的基本概念 4
1.2.2 OSI參考模型 6
1.2.3 TCP/IP參考模型 8
1.2.4 數據的封裝和解封裝 11
1.2.5 協議和標準 12
1.2.6 網絡類型和拓撲結構 18
1.3 以太網 20
1.3.1 以太網基本概念 20
1.3.2 以太網綫纜標準 21
1.3.3 以太網工作原理 24
1.3.4 以太網端口技術 29
1.3.5 ARP 31
1.4 廣域網 33
1.4.1 廣域網技術 33
1.4.2 HDLC工作原理 33
1.4.3 PPP工作原理 35
1.4.4 FR工作原理 44
1.5 IP 49
1.5.1 IP編址 49
1.5.2 子網劃分 52
1.5.3 IP網絡排錯 55
1.6 上機練習 58
練習任務一:以太網接口配置 58
練習任務二:HDLC基本配置 59
練習任務三:PPP基本配置 60
練習任務四:幀中繼配置 60
1.7 原理練習題 61
第 2章 數據鏈路層技術及應用 62
2.1 移動承載網絡中的數據鏈路層技術 63
2.2 VLAN技術 63
2.2.1 VLAN簡介 63
2.2.2 VLAN內通信 67
2.2.3 VLAN間通信 68
2.2.4 GVRP 70
2.2.5 VLAN故障案例分析 74
2.3 STP技術 76
2.3.1 二層環路 76
2.3.2 STP工作原理 79
2.3.3 BPDU報文 86
2.3.4 RSTP 90
2.3.5 MSTP 94
2.3.6 STP故障案例分析 98
2.4 鏈路聚閤技術 99
2.4.1 鏈路聚閤的基本概念 99
2.4.2 LACP協議 100
2.4.3 鏈路聚閤的方式 100
2.4.4 鏈路聚閤故障案例分析 102
2.5 VRRP技術 102
2.5.1 VRRP的實現原理 103
2.5.2 VRRP基本概念 106
2.5.3 VRRP協議報文 108
2.5.4 VRRP的狀態機 108
2.5.5 VRRP故障案例分析 109
2.6 上機練習 110
練習任務一:VLAN基礎及Access接口實驗 110
練習任務二:VLAN用戶通信實驗 112
練習任務三:VLAN路由實驗 113
練習任務四:STP基本實驗 115
練習任務五:鏈路聚閤實驗 116
練習任務六:VRRP基礎實驗 117
2.7 原理練習題 118
第3章 網絡層路由技術 120
3.1 移動承載網絡中的網絡層協議應用 121
3.2 路由基礎 121
3.2.1 IP路由選路 121
3.2.2 路由的來源 122
3.2.3 路由協議的分類 126
3.3 RIP路由協議 127
3.3.1 RIP基本原理 128
3.3.2 RIP報文格式 129
3.3.3 RIP防環路機製 131
3.3.4 RIP故障案例分析 135
3.4 OSPF路由協議 135
3.4.1 OSPF基礎概念 136
3.4.2 OSPF協議工作原理 137
3.4.3 單區域OSPF網絡 139
3.4.4 多區域OSPF網絡 140
3.4.5 OSPF故障案例分析 141
3.5 IS-IS路由協議 142
3.5.1 IS-IS基本概念 142
3.5.2 IS-IS工作原理 145
3.5.3 IS-IS故障案例分析 146
3.6 BGP路由協議 147
3.6.1 BGP概述 147
3.6.2 BGP工作原理 149
3.6.3 BGP選路原則 152
3.6.4 BGP故障案例分析 157
3.7 路由選擇與控製 158
3.7.1 路由策略概述 158
3.7.2 路由選擇工具 159
3.7.3 路由策略 163
3.8 上機練習 169
練習任務一:靜態路由實驗 169
練習任務二:RIP路由實驗 170
練習任務三:OSPF路由實驗 171
練習任務四:IS-IS路由實驗 172
練習任務五:BGP路由實驗 173
練習任務六:路由選擇與路由控製實驗 174
3.9 原理練習題 176
第4章 MPLS技術 177
4.1 移動承載網絡中的隧道技術 178
4.2 MPLS基本工作原理 178
4.2.1 MPLS的基本概念和應用 178
4.2.2 MPLS基本原理 181
4.2.3 LDP鄰居發現和會話建立 186
4.2.4 LDP標簽管理 190
4.2.5 LDP的實現 195
4.2.6 MPLS LDP故障案例分析 196
4.3 BGP/MPLS VPN 197
4.3.1 BGP/MPLS VPN的簡介 197
4.3.2 BGP/MPLS VPN的基本概念 198
4.3.3 BGP/MPLS VPN的實現原理 202
4.3.4 BGP/MPLS VPN的故障案例分析 205
4.4 MPLS L2VPN 206
4.4.1 MPLS L2VPN概述 207
4.4.2 VPWS技術概述 209
4.4.3 VPWS實現方式 209
4.4.4 VPLS技術概述 215
4.4.5 VPLS技術原理與實現 216
4.4.6 MPLS L2VPN的故障案例分析 221
4.5 上機練習 223
練習任務一:MPLS隧道建立實驗 223
練習任務二:BGP/MPLS VPN特性驗證實驗 225
練習任務三:MPLS L2VPN特性驗證實驗 226
練習任務四:VPLS特性驗證實驗 227
4.6 原理練習題 228
第5章 IPv6 229
5.1 IPv6背景與特點 230
5.1.1 互聯網麵臨的挑戰 230
5.1.2 為什麼使用IPv6 231
5.2 IPv6地址結構與格式 231
5.2.1 IPv6地址結構 232
5.2.2 IPv6地址書寫格式 233
5.3 IPv6地址類型 234
5.3.1 單播地址 234
5.3.2 多播地址 236
5.3.3 任播地址 236
5.4 IPv6報文結構 236
5.4.1 IPv6報文構成 237
5.4.2 IPv6基本報頭 237
5.4.3 IPv6擴展報頭 238
5.5 上機練習 239
練習任務:IPv6上機實驗 239
5.6 原理練習題 240
第6章 防火牆 241
6.1 防火牆概述 242
6.2 防火牆的區域 244
6.3 防火牆的工作模式 245
6.4 網絡地址轉換 246
6.5 原理練習題 249
第7章 SDN 250
7.1 SDN的理念和特徵 251
7.2 SDN帶來的變革和挑戰 252
7.3 SDN 新發展 253
7.4 原理練習題 255
附錄Ⅰ 華為的通用路由平颱VRP 256
附錄Ⅱ 華為模擬器eNSP 263
附錄Ⅲ 縮略詞和圖標對照 264
《信號與係統:理論與實踐》 緒論:探索信息的流淌與轉化 我們生活在一個被信息洪流包圍的世界。從清晨喚醒你的鬧鍾,到深夜點亮的屏幕,再到遙遠彼端的實時通信,信息無處不在,並以各種形式在我們之間、在設備之間、在網絡中傳遞、處理和轉化。然而,我們是否曾停下來思考,這些看似稀鬆平常的信息背後,隱藏著怎樣的科學原理?它們是如何被編碼、傳輸、解碼,又如何被有效地處理和分析?《信號與係統:理論與實踐》正是為瞭解答這些根本性的問題而生。 本書將帶領讀者踏上一段穿越信號與係統這片廣闊而迷人的領域的旅程。我們將從最基礎的信號概念齣發,逐步深入到復雜的係統分析,最終觸及信號處理與係統設計的核心技術。這本書不僅僅是一本學術著作,它更是一本指南,旨在幫助您理解現代科技的基石,培養解決實際問題的能力,並激發您對信息科學更深層次的探索。 第一章:信號的語言——認識信息的載體 一切信息的傳遞都離不開“信號”。信號,可以看作是攜帶信息的信息載體。它們可以是物理量的變化,如電壓、電流、聲音的振動、光強的閃爍;也可以是抽象的數學錶示,如數字序列、圖像像素值。本章將係統地介紹各種常見的信號類型,包括: 連續時間信號與離散時間信號: 探討信號在時間維度上的連續性與離散性,以及它們在數學模型上的差異。我們將學習如何用數學錶達式精確描述一個信號,理解其波形、幅度、頻率等基本屬性。 周期信號與非周期信號: 區分具有重復模式的周期信號與變化無常的非周期信號,並介紹傅裏葉級數等分析周期信號的重要工具。 能量信號與功率信號: 從能量和功率的角度對信號進行分類,這對於理解信號的傳輸效率和噪聲乾擾至關重要。 奇信號與偶信號: 介紹信號的對稱性,這在信號分析和係統設計中具有重要的簡化作用。 復指數信號與正弦信號: 深入探討這兩種最基礎、最普適的信號形式,它們是理解更復雜信號的關鍵。我們將學習它們的性質,以及它們在時域和頻域的錶現。 通過本章的學習,讀者將建立起對信號的直觀認識,能夠辨識不同類型的信號,並掌握描述和分析它們的初步數學工具。 第二章:係統的世界——理解信息的處理機製 信號的産生和傳遞,往往需要通過“係統”來完成。係統,本質上是一個將輸入信號轉化為輸齣信號的“過程”或“設備”。它可以是一個簡單的電子濾波器,也可以是一個復雜的通信網絡,甚至可以是生物體內的信號傳導過程。本章將聚焦於係統的數學建模與基本性質: 係統的定義與分類: 闡述係統的輸入-輸齣關係,並根據係統的特性對其進行分類,如時不變係統、綫性係統、因果係統、穩定係統等。 綫性時不變(LTI)係統: 這是信號與係統理論中最重要的一類係統。我們將詳細研究LTI係統的性質,並介紹其核心的分析工具——捲積。 捲積定理: 捲積是LTI係統分析的靈魂。本章將深入講解捲積的數學定義,並通過豐富的實例展示如何計算捲積,以及捲積在係統響應中的作用。 係統的衝激響應: 衝激響應是LTI係統的一個基本特性,它完全錶徵瞭一個LTI係統。我們將學習如何通過衝激響應來預測係統對任意輸入信號的響應。 理解係統是如何處理信號的,是掌握信息科學的關鍵。本章將為讀者打下堅實的理論基礎,為後續更深入的學習做好準備。 第三章:時域分析——信號與係統的時間維度探索 時域分析,是將信號和係統置於時間維度上進行考察。這是最直觀的分析方式,能夠讓我們清晰地看到信號隨時間的變化,以及係統對這些變化的響應。本章將圍繞時域分析展開: 信號的運算: 學習如何對信號進行加、減、乘、除、延遲、翻轉等基本運算,理解這些運算對信號形狀的影響。 係統的時域響應: 重點研究LTI係統對幾種典型輸入信號(如單位階躍信號、衝激信號)的響應,理解係統的瞬態響應和穩態響應。 捲積的幾何解釋: 除瞭代數計算,本章還將提供捲積的幾何直觀解釋,幫助讀者更深入地理解捲積的物理意義。 零輸入響應與零狀態響應: 分析係統輸齣的兩個組成部分:由係統內部狀態引起的零輸入響應,以及由外部輸入信號引起的零狀態響應。 時域分析讓我們看到瞭信號和係統在“眼前”的運作過程,是理解它們動態行為的基礎。 第四章:頻域分析——揭示信號的頻率構成 雖然時域分析直觀,但許多信號和係統的特性在“頻率域”下更容易展現。頻域分析,是將信號分解為其不同頻率分量的疊加,從而揭示信號的“頻譜”特性。本章將引入強大的頻域分析工具: 傅裏葉級數: 針對周期信號,介紹傅裏葉級數,如何將其分解為一係列正弦和餘弦分量的疊加,以及如何求解其頻譜。 傅裏葉變換: 將傅裏葉級數推廣到非周期信號,介紹傅裏葉變換,以及如何求解任意信號的頻譜。我們將學習傅裏葉變換的性質,如綫性、時移、頻移、微分、積分、捲積等。 帕斯瓦爾定理: 理解信號的能量如何在時域和頻域之間守恒。 拉普拉斯變換: 引入更通用的復頻率域分析工具——拉普拉斯變換。它能夠處理更廣泛的信號和係統,尤其在分析有界輸入下不穩定係統的行為時錶現齣色。我們將學習拉普拉斯變換的性質、收斂域等關鍵概念。 頻域分析如同給信號“照X光”,能夠讓我們看到隱藏在錶象之下的頻率構成,這對於濾波、調製、解調等信息處理技術至關重要。 第五章:離散時間信號與係統——數字世界的信號語言 隨著數字技術的發展,離散時間信號和係統在現代通信、控製、計算機科學等領域占據瞭核心地位。本章將聚焦於數字世界的信號與係統: 離散時間信號: 介紹離散時間信號的錶示方法(如序列)、基本運算,以及與連續時間信號的關係(采樣)。 離散時間係統: 討論綫性時不變離散時間係統(LTI-DT係統)的定義、性質,以及其核心分析工具——差分方程。 Z變換: 引入離散時間係統的分析工具——Z變換。它相當於連續時間係統的拉普拉斯變換,能夠方便地分析離散時間係統的穩定性和頻率響應。我們將學習Z變換的性質、收斂域以及它在係統分析中的應用。 離散傅裏葉變換(DFT)與快速傅裏葉變換(FFT): 介紹DFT,用於分析離散信號的頻譜。而FFT作為DFT的高效算法,使得大規模的數字信號處理成為可能。 本章將是連接理論與實際數字應用的關鍵橋梁,為理解數字信號處理、數字通信等技術奠定基礎。 第六章:係統應用與實例分析 理論知識的掌握最終是為瞭解決實際問題。本章將通過一係列具體的應用實例,展示信號與係統理論的強大威力: 濾波器設計: 介紹不同類型的濾波器(低通、高通、帶通、帶阻),以及如何利用LTI係統的頻率響應特性來設計滿足特定要求的濾波器,用於去除噪聲、提取特定頻率成分。 通信係統模型: 以簡化的通信鏈路為例,闡述信號的調製、解調過程,以及如何利用信號與係統的理論來分析通信的可靠性和效率。 控製係統分析: 探討如何利用信號與係統的理論來分析和設計反饋控製係統,使其能夠穩定地跟蹤期望的指令信號。 圖像與語音信號處理: 簡要介紹圖像和語音信號的特點,以及信號與係統理論在這些領域的應用,例如圖像壓縮、語音識彆等。 通過這些實例,讀者將能夠將所學的理論知識融會貫通,並感受到信號與係統理論在現代科技中的普遍性和重要性。 結語:持續探索的信息科學前沿 《信號與係統:理論與實踐》的旅程至此告一段落,但這隻是您探索信息科學奧秘的開始。信號與係統理論是連接數學、物理、工程學和計算機科學的橋梁,其應用領域還在不斷拓展。從人工智能的深度學習模型,到5G通信的信號編碼,再到生物醫學信號的分析,信號與係統理論無處不在,並仍在不斷發展創新。 本書緻力於為您提供一個堅實的理論基礎和清晰的實踐指導。希望它能點燃您對信息科學的求知欲,激發您解決復雜技術問題的熱情,並為您在未來的學習和職業生涯中指明方嚮。信息的世界充滿無限可能,而信號與係統,正是我們理解和駕馭這個世界的關鍵鑰匙。