现代信息技术产业的导论

现代信息技术导论

北京邮电大学张筱华教授1张筱华,,北京邮邮电大学学教授,,北邮副副校长..1963年----1968年年在北邮邮有线系系y90班学习；；1978年——1981年在在北邮读读研究生生，获硕硕士学位位。1991年—1992年在美美国colorado大学做高高访学者者，任客客座教授授。1993年—1996年任中中国科学学院研究究生院客客座教授授。1993年始享享受国务务院颁发发的政府府津贴..1999年成为为教育部部远程教教育专家家组成员员,现为为教育部部远程教教育管理理的首席席专家。。2一.我国国信息技技术产业业成就辉辉煌3通信信息息业发展展的速度度:人类社会会借助于于纸、笔笔和文字字进行通通信大约约持续了了1800年..模拟通信信持续了了大约180年年.大规模采采用数字字通信大大约18年.在这18年中,,我们又又经历了了翻天覆覆地的变变化.4建成了以以光缆为为主体的的大容量量数字干干线传输输网,已已形成了了全国““八横八八纵”的的格状光光缆骨干干网.传输速率率:10Gb/s.相当于每每秒钟传传送800卷邓邓选.

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2.我国电话话用户总总数达到到1.79亿门门,我国国交换网网已成为为世界第第二大网网.长途电信信网已完完成由五五级向两两级的历历史性跨跨越.6

3.数字移动动通信((GSM))系统正在在高速发发展,我我国的GSM网络已成成为世界界上最大大的数字字移动通通信网络络.CDMA系统也在在我国迅迅速发展展.移动用户户已达1.45亿户..“无线线风光””已成为为当今社社会的一一道特有有的风景景.(--history)74.数据业务务在我国国迅速崛崛起:1993年9月月第一个个公用数数据通信信网----CHINAPAC正式开通通业务..1994年9月月----CHINADDN1994年开始了了中国互互联网的的建设..8数据的比比较:9互联网技技术对当当代社会会影响深深远.一一则小幽幽默:BEGBEG..COMeBEG.COM10总之,我我国信息息技术产产业发展展迅猛、、成就辉辉煌.我在几年年前的三三个预言言已经或或正在实实现.11二.新世世纪初IT业的发展展展望12尽管通信信和信息息产业已已有了如如此迅猛猛的发展展,但是是绝不会会就此止止步.在在未来的的十年里里,IT技术还将将有若干干重大突突破.我我认为起起码包括括如下五五个方面面:131.芯片片集成和和计算机机技术芯片技术术,微电电子技术术是现代代通信,,计算机机和信息息业的基基础,人人们所说说的奔腾腾Ⅱ等,,都主要要是指计计算机CPU的芯片..1)摩摩尔定律律:每18个月月,芯片片集成度度提高一一倍,价价格减少少一半..对计算算机的运运算速率率和功能能也是如如此.14实际上，，目前每每一年左左右芯片片的集成成度和运运算速率率就提高高一倍。。到2000年底，每每个芯片片上可包包含上亿亿个元件件；而到到2010年，每个个芯片上上将包含含100亿个元件件。个人人电脑每每秒可执执行1000亿条指令令，是现现在的250倍。15当前,世世界最高高水平的的单片集集成电路路芯片上上所容纳纳的元器器件数量量已达80多亿亿个,美美国先进进的集成成电路生生产线已已经采用用了12英寸硅硅片、0.18微米的的工艺技技术,典典型产品品为256MBDRAM存储器..162)全新的计计算机有有可能出出现并投投入商用用。例如如:利用分子子键存储储数据的的“生物物芯片””.利用量子子理论来来存储数数据的量量子计算算机.利用光子子而非电电子处理理信息的的光子计计算机。。173)去年1月月,我国国报道了了中科院院物理所所在超高高密度存存储技术术上取得得突破,,将现有有光盘信信息容量量提高了了100倍.他们研制制出世界界上存储储密度最最高的有有机材料料,将信信息存储储点的直直径减少少到0..6纳米米,并可可进行信信息点的的擦除..一张这这样的光光盘可存存储一个个国家图图书馆的的全部信信息.这这体现了了纳米技技术的一一项成果果.18芯片或微微电子技技术的进进步，肯肯定将使使计算机机的存储储成为““海量””，也肯肯定将极极大地提提高信息息处理的的速度。。这也将将对信息息高速交交换、宽宽带传输输提出了了新的要要求。192.密集式波波分复用用和全光光网络技技术关于波分分复用技技术:1)光通通信的基基本原理理和传输输速率目前，单单波长光光纤通信信系统速速率已达达10Gbps，不过其潜潜力已尽尽,而此此时所利利用的光光纤容量量仅占其其有效带带宽极小小的一部部分.202)现用用波长和和可用波波长的比比较:大大量带宽宽资源有有待于开开发利用用.单模光纤纤的适用用工作区区主要有有两个::1310nm窗口和1550nm窗口。实实际上，，1310nm窗口的低低衰耗区区约有100nm；1550nm窗口的低低衰耗区区大约也也有100nm。因而两个个工作区区共约200nm的低衰耗耗区可用用，这相相当于30000GHz的频带宽宽度。这这一巨大大的带宽宽资源现现仅利用用了约0.01%.21120013001400150016001260136014801580衰减波长单个光源源谱宽223)波分分复用的的基本思思想:将不同波波长的多多个光源源发出的的光信号号在一根根光纤上上传送,,在接收收端再将将这些波波长分离离,从而而提高了了光纤带带宽资源源的利用用率.23合波器分波器光源1单根光纤纤1,2…....N检测器光源2检测器光源N检测器信道1信道2信道N12N信道1信道2信道N244)波分复用用的主要要特点::*可可以大大大提高传传输容量量.*可可以节省省大量光光纤和再再生器..*可可以利用用不同波波长传送送不同的的电信业业务.*便便于扩容容,便于于引入宽宽带新业业务.255)波分复用用的当前前进展::2000年4月月,朗讯讯公司推推出了WaveStarOLS800G系统,可可在一根根光纤上上传输320个个2.5G波长或80个10G波长.在此基础础上若增增加“太太比特速速率”的的合波分分波器就就可平滑滑过渡到到1.6T系统.最新报道道:朗讯讯的LambdaXtremeTransport光网络系系统已具具有超长长距离((4000km)、、超大容量量(2..56Tb/s)特征,它它是一个个DWDM系统.26关于全光光网络技技术:所谓全光光网,是是指从网网络核心心一直到到终端用用户节点点之间的的信号通通道都保保持着光光的形式式,采用用端到端端的完全全的光路路,中间间没有电电信号的的介入..也就是是说,在在整个长长途传输输和交换换网络中中都是光光信号而而非电信信号在起起作用..

27全光网的的主要优优点是::1)全光光网中光光信号的的流动不不再有光光电转换换的障碍碍,克服服了途中中由于电电子器件件处理信信号速率率难以提提高的困困难.省省掉了大大量电子子器件,,大大提提高了传传输速率率.2)全光光网采用用波分复复用技术术,以波波长选择择路由,,可方便便地提供供多种协协议的业业务.283)全光网组组网极具具灵活性性,在任任何节点点可以抽抽出或加加入某个个波长..4)由于于沿途没没有变换换和存储储,网中中许多光光器件都都是无源源的,因因而可靠靠性高..29全光网的的关键单单元:1)光分插复复用器((OADM):可通过网网管系统统在光传传输的中中间局站站上、下下一个或或几个波波长的光光信号..WDM光信号WDM光信号分出某个个λ插入某个个λ302)光交叉连连接设备备(ODXC):利用软件件可将任任一输入入光纤上上的任一一波长转转换为任任一输出出光纤的的任一波波长上,,从而达达到对各各路光信信号的交交叉连接接.去年年已有256××256的报道道.输入光纤纤输出光纤纤313)光放放大器::在传输过过程中放放大WDM光信号,,以实现现长距离离的传送送.现已已有1550波长长范围的的光放大大器.由WDM、、OADM和ODXC构成的全全光网络络是传输输交换网网络发展展的方向向.

323.IP技术和ATM技术通信的两两个要素素:传输输与交换换.交换的实实质是信信息流的的转移..这里所所说的信信息流,,包括数数据、话话音、视视频等..这些业业务的数数据被综综合到一一起,通通过光纤纤传输到到节点,,经节点点转移到到另一光光纤上传传输,这这就是交交换.交交换的模模式有两两种,即即IP与ATM技术.33关于IP技术:1)协协议的概概念.协议即规规矩,或或通信双双方事先先商量好好的约定定.342)在Internet中,采用用TCP//IP协议组..TCP::TransmissionControlProtocol((传输控制制协议))IP:InterconnectingProtocol(互联协议议)35出版社打包(TCP协议组))分检选路路(IP协议组))不同路由由（低层协协议）TCP//IP示意图(高层应应用)363)TCP的作用::*在发发方将（（高层应应用）数数据分成成一个个个的分组组,对每每个分组组加上序序号、接接收方地地址(即即用户B的地址)),以及及差错控控制信息息.*在收收方对分分组是否否出错进进行检查查,发现现出错时时要求重重发该分分组,并并按序号号恢复原原始数据据.374)IP的作用::对每一个个分组选选择合适适的路由由,将它它们送至至收方..路由器是是实现IP协议,为为数据分分组选择择路由的的关键部部件,它它相当于于交换网网中的交交换节点点.38Internetrouterrouter局域网1局域网2用户A用户B395)IP网络中数数据传输输具有特特点:*路由由器根据据IP分组中的的目的地地址来选选择路由由,各个个分组长长度可以以不同,,同一用用户信息息的各分分组又可可以选取取不同的的路由传传送.*路由由器对输输入的分分组不进进行流量量控制,,仅按先先到先服服务的原原则使后后到的分分组排队队等候,,因而路路由器转转发分组组的时延延将随业业务量而而变.40

*当资资源不足足时就丢丢掉来不不及处理理的IP包.在IP的目的地地,终端端的TCP层会检验验出IP包的丢失失,从而而要求源源端重发发.这也也表现为为时延..*路由由器对输输入的IP包不纠错错,接收收端的TCP层发现错错误后也也要求源源端重发发该IP分组,这这同样表表现为时时延.41由此可见见,路由由器越多多,时延延越大,,抖动越越多.因此,人人们称之之为“尽尽力而为为”的服服务方式式,它不不能保证证QOS..它可以传传送数据据业务,,但不宜宜传送实实时的话话音、视视频和多多媒体业业务.426)IP技术的新新进展((1)::*路由由器的处处理速率率大大提提高,Tb/s级的路由由器即将将商用..

43InternetPSTNPSTNrouterrouter网关A网关B电话PC机PC机PC机

44IP技术的新新进展((2)::*流媒体体技术::流式传传输把声声音、音像或动动画等信信息由音音视频服服务器同同用户计计算机连连接、实实时传送送,用户户只需经经过几秒秒或几十十秒的启启动延时时即可观观看,这这不仅使使启动延延时大大大缩短,,而且还还不需要要太大的的缓存容容量.在在Internet/Intranet中使用流流式传输输技术的的连续时时基媒体体就称为为流媒体体.流媒体技技术改变变了过去去必须先先下载、、再播放放所需长长时间、、大存储储的要求求.45流媒体涉涉及的关关键技术术:采用高效效的压缩缩算法,,以便降降低数据据传输速速率.采用缓存存技术,,以便弥弥补延时时和抖动动,保证证数据包包顺序组组装和连连续播出出.采用合适适的传输输协议,,包括实实时传输输协议RTP、、实时传输输控制协协议RTCP、实时流协协议RTSP和资源预预留协议议RSVP等.46由于上述述技术和和协议的的飞速进进步,从从而使IP网可用于于IP电话、IP视频和远远程教育育、远程程医疗等等.IP网络有可可能“包包打天下下”.47关于ATM技术:

1)ATM传送的分分组长度度固定,,由5字字节的信信头和48字节节的信息息共53字节组组成,称称为信元元.2)ATM交换机利利用用户户信令控控制来建建立连接接.当输输入呼叫叫量超过过网络资资源时,,交换机机不予受受理.对对于已接接受的呼呼叫,能能很好地地保证服服务质量量.因此此它非常常类似于于电路交交换机..483)因此此,ATM既能很好好地支持持实时业业务,如如电话、、视频、、多媒体体业务等等,又能能支持各各种速率率的数据据业务,,因而人人们称之之为面向向连接的的交换..ATM是支撑B-ISDN的最重要要的技术术,我国国ATM通信网络络已初具具规模..

49结论:ATM和IP技术都可可能支撑撑未来的的宽带多多媒体传传输和交交换网络络,两者者都在迅迅速发展展,鹿死死谁手尚尚难预测测.人们们普遍对对IP技术看好好,认为为它是未未来的发发展方向向.504.第三三代移动动通信系系统将获获得广泛泛应用

511)第二二代移动动通信((2G):2G面临的主主要课题题:提供供全球化化漫游和和多媒体体业务..目前第二二代移动动电话的的体系有有两种：：CDMA网络和GSM网络，但但这两个个网络之之间难以以实现漫漫游，不不能满足足全球通通信的需需求;同同时，数数据通信信技术的的进步特特别是因因特网的的普及，，使多媒媒体通信信成为大大众渴望望享受的的服务，，并成为为现代通通信发展展的主要要目标之之一。522)ITU提出的第第三代移移动通信信系统IMT--2000的主要特特征:3G应是一个个全球化化系统,,应具有有世界统统一的频频段,应应能达到到全球的的漫游..3G应能提供供宽带的的多媒体体业务,,包括视视频的2Mb业务.(IMT::InternetMobile/MultimediaTelecommunications)533G应能从第第二代系系统平稳稳过渡..3G应能与发发展的固固定网业业务同步步发展,,完全互互通.当前,移移动通信信业界的的共识是是:未来来的移动动通信网网络将向向IP化方向演演进,未未来的移移动通信信网络将将是一个个全IP的分组网网络.543)由2G向3G的过渡::3G的标准正正在制定定之中,,涉及地地面技术术的标准准有10种,包包括我国国提出的的TD-SCDMA技术.众众多的标标准使之之难以大大规模发发展.同同时,““杀手应应用”也也是制约约瓶颈之之一.3G何时能得得到大规规模的市市场认同同,众众说纷纭纭,其关关键是是是否有““杀手应应用”..但一致致的看法法是应加加速应用用GPRS技术.GPRS被称为2.5G移动通信信系统..(GeneralPacketRadioService)55

4)GPRS的特点::GPRS是基于GSM的新型移移动分组组数据承承载业务务,是移移动通信信向分组组化发展展的里程程碑.GPRS的最高高速率可可达115kbps,可以满满足用户户上网的的要求..

56GPRS支持Internet的IP协议及X.25协议.在在GSM系统中,,新引入入了GGSN(网关GPRS支持节点点),它它可以与与多种数数据网络络连接,,并可把把GPRS信包进行行协议转转换,传传送到远远端的TCP//IP或X.25网络.57若干个GPRS用户可共共享一个个无线信信道,而而一个移移动数据据用户也也可同时时利用多多个信道道,因而而GPRS用户的实实际数据据通信速速率十分分灵活,,可以低低于100bit//s也可高于于100Kbit/s..结论:GPRS将会得到到厂商和和用户的的支持,,技术也也已成熟熟,可望望快速发发展.585）其它它无线新新技术：：例如蓝牙牙技术（（bluetooth)),具有无限限广阔的的前景。。其特点点:近距离::10m频率2..45GHz::公用、免免费、免免申请蓝牙程序序写在一一个9mm×9mm的微芯片片中,该该芯片嵌嵌入各种种信息设设备,支支持它们们相互通通信传输速率率<1Mbps595.宽带接入入技术展展望用户接入入,即““最后一一公里””已成为为网络最最后的瓶瓶颈,引引起了人人们广泛泛地注意意.基本思路路:在铜铜线接入入上展开开带宽;;把光纤纤接入作作为最终终的接入入手段..601)N-ISDN技术利用N-ISDN技术扩展展带宽----““一线通通”方案案,速率率可为2B+D,,B代表64K,而D代表16K,即144Kb/s,最高可达达2M,从而实现现了“一一边上网网一边打打电话””.61特点:多功能----利利用一对对电话线线即可享享用电话话、传真真、可视视电话及及数据通通信等业业务.传输速率率高.使用方便便,上网网通话互互不干扰扰.速率灵活活,64K,N××64K,2M62AO/DI(alwayson//dynamicISDN)-----永远动态态在线ISDN技术由美国提提出,已已开始迅迅速普及及.挖掘D信道潜力力,将其其作为低低速数据据专线..通过D信道,可可收发E-MAIL、、信息浏览览等,而而且永远远在线..需高速率率时,可可自动由由D信道扩展展到B信道,即即16K～128K,,甚至144K.63ADSL—非对称数数字用户户线技术术数字用户户线系统统(XDSL)是一种有有效的宽宽带接入入技术,,它有十十几种花花样,ADSL是当前最最为常用用的一种种,称为为非对称称用户线线技术..ADSL:asymmetricaldigitalsubscriberlines64特点:无须改动动铜缆网网络设施施,利用用现有的的双绞线线就能提提供宽带带业务..其下行速速率可达达8Mb/s左右,上上行速率率可达144Kb/s或384kb/s,可支持因因特网和和电话业业务,以以及视频频点播((VOD))业务.实际速率率取决于于用户线线的线径径与传输输距离..话音业务务和数据据业务互互不干扰扰.65成本偏高高.对用户线线的要求求较高,,实际能能开到1.5Mb/s速率以上上的用户户线通常常仅35%左右右.用户侧设设备稍为为复杂,,需专人人安装..由此产生生了改进进型的ADSL,称为无分分路器的的ADSL,即UADSL.66ADSL系统参考考模型话音分离离器ATU--RATU--C终端端各种业业务务电话业务务ATU::ADSL传输单元元C:局端R:用户端67ADSL的频谱分分配话音上行下行频率68UADSL的特点::下行速率率降低到到1.5Mb/s,其复杂性性和功耗耗大为降降低,传传输距离离也延长长到5..4km.用户处不不再用电电话分离离器,简简化了用用户侧设设备.从而省去去了专人人安装测测试用户户侧设备备的麻烦烦,降低低了成本本.标准化程程度高,,便于不不同厂家家产品的的互连和和大规模模推广..UADSL技术有可可能成为为今后宽宽带接入入的主流流技术..69宽带无线线接入----