现代信息技术导论北邮

现代信息技术导论

北京邮电大学张筱华教授1张筱华,北京邮电大学教授,北邮副校长.1963年---1968年在北邮有线系y90班学习；1978年—1981年在北邮读研究生，获硕士学位。1991年—1992年在美国colorado大学做高访学者，任客座教授。1993年—1996年任中国科学院研究生院客座教授。1993年始享受国务院颁发的政府津贴.1999年成为教育部远程教育专家组成员,现为教育部远程教育管理的首席专家。2一.我国信息技术产业成就辉煌3通信信息业发展的速度:人类社会借助于纸、笔和文字进行通信大约持续了1800年.模拟通信持续了大约180年.大规模采用数字通信大约18年.在这18年中,我们又经历了翻天覆地的变化.4建成了以光缆为主体的大容量数字干线传输网,已形成了全国“八横八纵”的格状光缆骨干网.

传输速率:10Gb/s.

相当于每秒钟传送800卷邓选.

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2.我国电话用户总数达到1.79亿门,我国交换网已成为世界第二大网.

长途电信网已完成由五级向两级的历史性跨越.6

3.数字移动通信(GSM)系统正在高速发展,我国的GSM网络已成为世界上最大的数字移动通信网络.CDMA系统也在我国迅速发展.移动用户已达1.45亿户.“无线风光”已成为当今社会的一道特有的风景.(--history)74.数据业务在我国迅速崛起:1993年9月第一个公用数据通信网---CHINAPAC正式开通业务.1994年9月---CHINADDN1994年开始了中国互联网的建设.8数据的比较:9互联网技术对当代社会影响深远.一则小幽默:

BEGBEG.COMeBEG.COM10总之,我国国信息技术术产业发展展迅猛、成成就辉煌.我在几年前前的三个预预言已经或或正在实现现.11二.新世纪纪初IT业的发展展展望12尽管通信和和信息产业业已有了如如此迅猛的的发展,但但是绝不会会就此止步步.在未来来的十年里里,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)现用波长长和可用波长长的比较:大大量带宽资源源有待于开发发利用.单模光纤的适适用工作区主主要有两个:1310nm窗口和1550nm窗口。实际上上，1310nm窗口的低衰耗耗区约有100nm；1550nm窗口的低衰耗耗区大约也有有100nm。因而两个工作作区共约200nm的低衰耗区可可用，这相当当于30000GHz的频带宽度。。这一巨大的的带宽资源现现仅利用了约约0.01%.21120013001400150016001260136014801580衰减波长单个光源谱宽宽223)波分复用用的基本思想想:将不同波长的的多个光源发发出的光信号号在一根光纤纤上传送,在在接收端再将将这些波长分分离,从而提提高了光纤带带宽资源的利利用率.23合波器分波器光源1单根光纤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)波分复用的主主要特点:*可以大大大提高传输输容量.*可以节节省大量光纤纤和再生器.*可以利利用不同波长长传送不同的的电信业务.*便于扩扩容,便于引引入宽带新业业务.255)波分复用的当当前进展:2000年4月,朗讯公公司推出了WaveStarOLS800G系统,可在一一根光纤上传传输320个个2.5G波长或80个个10G波长.在此基础上若若增加“太比比特速率”的的合波分波器器就可平滑过过渡到1.6T系统.最新报道:朗朗讯的LambdaXtremeTransport光网络系统已已具有超长距距离(4000km)、超大容量(2.56Tb/s)特征,它是一一个DWDM系统.26关于全光网络络技术:所谓全光网,是指从网络络核心一直到到终端用户节节点之间的信信号通道都保保持着光的形形式,采用端端到端的完全全的光路,中中间没有电信信号的介入.也就是说,在整个长途途传输和交换换网络中都是是光信号而非非电信号在起起作用.27全光网的主要要优点是:1)全光网中中光信号的流流动不再有光光电转换的障障碍,克服了了途中由于电电子器件处理理信号速率难难以提高的困困难.省掉了了大量电子器器件,大大提提高了传输速速率.2)全光网采采用波分复用用技术,以波波长选择路由由,可方便地地提供多种协协议的业务.283)全光光网网组组网网极极具具灵灵活活性性,在在任任何何节节点点可可以以抽抽出出或或加加入入某某个个波波长长.4)由由于于沿沿途途没没有有变变换换和和存存储储,网网中中许许多多光光器器件件都都是是无无源源的的,因因而而可可靠靠性性高高.29全光光网网的的关关键键单单元元:1)光分分插插复复用用器器(OADM):可通通过过网网管管系系统统在在光光传传输输的的中中间间局局站站上上、、下下一一个个或或几几个个波波长长的的光光信信号号.WDM光信信号号WDM光信信号号分出出某某个个λ插入入某某个个λ302)光交交叉叉连连接接设设备备(ODXC):利用用软软件件可可将将任任一一输输入入光光纤纤上上的的任任一一波波长长转转换换为为任任一一输输出出光光纤纤的的任任一一波波长长上上,从从而而达达到到对对各各路路光光信信号号的的交交叉叉连连接接.去去年年已已有有256××256的的报报道道.输入入光光纤纤输出出光光纤纤313)光光放放大大器器:在传传输输过过程程中中放放大大WDM光信信号号,以以实实现现长长距距离离的的传传送送.现现已已有有1550波波长长范范围围的的光光放放大大器器.由WDM、、OADM和ODXC构成成的的全全光光网网络络是是传传输输交交换换网网络络发发展展的的方方向向.323.IP技术术和和ATM技术术通信信的的两两个个要要素素:传传输输与与交交换换.交换换的的实实质质是是信信息息流流的的转转移移.这这里里所所说说的的信信息息流流,包包括括数数据据、、话话音音、、视视频频等等.这这些些业业务务的的数数据据被被综综合合到到一一起起,通通过过光光纤纤传传输输到到节节点点,经经节节点点转转移移到到另另一一光光纤纤上上传传输输,这这就就是是交交换换.交交换换的的模模式式有有两两种种,即即IP与ATM技术术.33关于于IP技术术:1)协协议议的的概概念念.协议议即即规规矩矩,或或通通信信双双方方事事先先商商量量好好的的约约定定.342)在在Internet中,采采用用TCP/IP协议议组组.TCP:TransmissionControlProtocol(传输输控控制制协协议议)IP:InterconnectingProtocol(互联联协协议议)35出版版社社打包包(TCP协议议组组)分检检选选路路(IP协议议组组)不同同路路由由（低低层层协协议议））TCP/IP示意意图图(高高层层应应用用)363)TCP的作作用用:*在在发发方方将将（（高高层层应应用用））数数据据分分成成一一个个个个的的分分组组,对对每每个个分分组组加加上上序序号号、、接接收收方方地地址址(即即用用户户B的地地址址),以以及及差差错错控控制制信信息息.*在在收收方方对对分分组组是是否否出出错错进进行行检检查查,发发现现出出错错时时要要求求重重发发该该分分组组,并并按按序序号号恢恢复复原原始始数数据据.374)IP的作作用用:对每每一一个个分分组组选选择择合合适适的的路路由由,将将它它们们送送至至收收方方.路由由器器是是实实现现IP协议议,为为数数据据分分组组选选择择路路由由的的关关键键部部件件,它它相相当当于于交交换换网网中中的的交交换换节节点点.38Internetrouterrouter局域域网网1局域域网网2用户户A用户户B395)IP网络络中中数数据据传传输输具具有有特特点点:*路路由由器器根根据据IP分组组中中的的目目的的地地址址来来选选择择路路由由,各各个个分分组组长长度度可可以以不不同同,同同一一用用户户信信息息的的各各分分组组又又可可以以选选取取不不同同的的路路由由传传送送.*路路由由器器对对输输入入的的分分组组不不进进行行流流量量控控制制,仅仅按按先先到到先先服服务务的的原原则则使使后后到到的的分分组组排排队队等等候候,因因而而路路由由器器转转发发分分组组的的时时延延将将随随业业务务量量而而变变.40*当当资资源源不不足足时时就就丢丢掉掉来来不不及及处处理理的的IP包.在在IP的目的的地,终端端的TCP层会检检验出出IP包的丢丢失,从而而要求求源端端重发发.这这也表表现为为时延延.*路路由器器对输输入的的IP包不纠纠错,接收收端的的TCP层发现现错误误后也也要求求源端端重发发该IP分组,这同同样表表现为为时延延.41由此可可见,路由由器越越多,时延延越大大,抖抖动越越多.因此,人们们称之之为““尽力力而为为”的的服务务方式式,它它不能能保证证QOS.它可以以传送送数据据业务务,但但不宜宜传送送实时时的话话音、、视频频和多多媒体体业务务.426)IP技术的的新进进展(1):*路路由器器的处处理速速率大大大提提高,Tb/s级的路路由器器即将将商用用.43InternetPSTNPSTNrouterrouter网关A网关B电话PC机PC机PC机44IP技术的的新进进展(2):*流媒媒体技技术:流式式传输输把声声音、音像或或动画画等信信息由由音视视频服服务器器同用用户计计算机机连接接、实实时传传送,用户户只需需经过过几秒秒或几几十秒秒的启启动延延时即即可观观看,这不不仅使使启动动延时时大大大缩短短,而而且还还不需需要太太大的的缓存存容量量.在在Internet/Intranet中使用用流式式传输输技术术的连连续时时基媒媒体就就称为为流媒媒体.流媒体体技术术改变变了过过去必必须先先下载载、再再播放放所需需长时时间、、大存存储的的要求求.45流媒体体涉及及的关关键技技术:采用高高效的的压缩缩算法法,以以便降降低数数据传传输速速率.采用缓缓存技技术,以便便弥补补延时时和抖抖动,保证证数据据包顺顺序组组装和和连续续播出出.采用合合适的的传输输协议议,包包括实实时传传输协协议RTP、实时传传输控控制协协议RTCP、、实时流流协议议RTSP和资源源预留留协议议RSVP等.46由于上上述技技术和和协议议的飞飞速进进步,从而而使IP网可用用于IP电话、、IP视频和和远程程教育育、远远程医医疗等等.IP网络有有可能能“包包打天天下””.47关于ATM技术:1)ATM传送的的分组组长度度固定定,由由5字字节的的信头头和48字字节的的信息息共53字字节组组成,称为为信元元.2)ATM交换机机利用用用户户信令令控制制来建建立连连接.当输输入呼呼叫量量超过过网络络资源源时,交换换机不不予受受理.对于于已接接受的的呼叫叫,能能很好好地保保证服服务质质量.因此此它非非常类类似于于电路路交换换机.483)因因此,ATM既能很很好地地支持持实时时业务务,如如电话话、视视频、、多媒媒体业业务等等,又又能支支持各各种速速率的的数据据业务务,因因而人人们称称之为为面向向连接接的交交换.ATM是支撑撑B-ISDN的最重重要的的技术术,我我国ATM通信网网络已已初具具规模模.49结论:ATM和IP技术都都可能能支撑撑未来来的宽宽带多多媒体体传输输和交交换网网络,两者者都在在迅速速发展展,鹿鹿死谁谁手尚尚难预预测.人们们普遍遍对IP技术看看好,认为为它是是未来来的发发展方方向.504.第第三代代移动动通信信系统统将获获得广广泛应应用511)第第二代代移动动通信信(2G):2G面临的的主要要课题题:提提供全全球化化漫游游和多多媒体体业务务.目前第第二代代移动动电话话的体体系有有两种种：CDMA网络和和GSM网络，，但这这两个个网络络之间间难以以实现现漫游游，不不能满满足全全球通通信的的需求求;同同时，，数据据通信信技术术的进进步特特别是是因特特网的的普及及，使使多媒媒体通通信成成为大大众渴渴望享享受的的服务务，并并成为为现代代通信信发展展的主主要目目标之之一。。522)ITU提出的的第三三代移移动通通信系系统IMT-2000的主要要特征征:3G应是一一个全全球化化系统统,应应具有有世界界统一一的频频段,应能能达到到全球球的漫漫游.3G应能提提供宽宽带的的多媒媒体业业务,包括括视频频的2Mb业务.(IMT:InternetMobile/MultimediaTelecommunications)533G应能从从第二二代系系统平平稳过过渡.3G应能与与发展展的固固定网网业务务同步步发展展,完完全互互通.当前,移动动通信信业界界的共共识是是:未未来的的移动动通信信网络络将向向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)554)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用户可共享一一个无线信道道,而一个移移动数据用户户也可同时利利用多个信道道,因而GPRS用户的实际数数据通信速率率十分灵活,可以低于100bit/s也可高于100Kbit/s.结论:GPRS将会得到厂商商和用户的支支持,技术也也已成熟,可可望快速发展展.585）其它无线线新技术：例如蓝牙技术术（bluetooth),具有无限广阔阔的前景。其其特点:近距离:10m频率2.45GHz:公用、免费、、免申请蓝牙程序写在在一个9mm×9mm的微芯片中,该芯片嵌入入各种信息设设备,支持它它们相互通信信传输速率<1Mbps595.宽带接入技术术展望用户接入,即即“最后一公公里”已成为为网络最后的的瓶颈,引起起了人们广泛泛地注意.基本思路:在在铜线接入上上展开带宽;把光纤接入入作为最终的的接入手段.601)N-ISDN技术利用N-ISDN技术扩展带宽宽---“一一线通”方案案,速率可为为2B+D,B代表64K,而D代表16K,即144Kb/s,最高可达2M,从而实现了““一边上网一一边打电话””.61特点:多功能---利用一对电电话线即可享享用电话、传传真、可视电电话及数据通通信等业务.传输速率高.使用方便,上上网通话互不不干扰.速率灵活,64K,N×64K,2M62AO/DI(alwayson/dynamicISDN)----永远动态在线线ISDN技术由美国提出,已开始迅速速普及.挖掘D信道潜力,将将其作为低速速数据专线.通过D信道,可收发发E-MAIL、信息浏览等,而且永远在在线.需高速率时,可自动由D信道扩展到B信道,即16K～128K,甚至144K.63ADSL—非对称数字用用户线技术数字用户线系系统(XDSL)是一种有效的的宽带接入技技术,它有十十几种花样,ADSL是当前最为常常用的一种,称为非对称称用户线技术术.ADSL:asymmetricaldigitalsubscriberlines64特点:无须改动铜铜缆网络设设施,利用用现有的双双绞线就能能提供宽带带业务.其下行速率率可达8Mb/s左右,上行行速率可达达144Kb/s或384kb/s,可支持因特特网和电话话业务,以以及视频点点播(VOD)业务.实际速率取取决于用户户线的线径径与传输距距离.话音业务和和数据业务务互不干扰扰.65成本偏高.对用户线的的要求较高高,实际能能开到1.5Mb/s速率以上的的用户线通通常仅35%左右.用户侧设备备稍为复杂杂,需专人人安装.由此产生了了改进型的的ADSL,称为无分路路器的ADSL,即UADSL.66ADSL系统参考模模型话音分离器器ATU-RATU-C终端端各种业业务电话业务ATU:ADSL传输单元C:局端R:用户端67ADSL的频谱分配配话音上行下行频率68UADSL的特点:下行速率降降低到1.5Mb/s,其复杂性和和功耗大为为降低,传传输距离也也延长到5.4km.用户处不再再用电话分分离器,简简化了用户户侧设备.从而省去了了专人安装装测试用户户侧设备的的麻烦,降降低了成本本.标准化程度度高,便于于不同厂家家产品的互互连和大规规模推广.UADSL技术有可能能成为今后后宽带接入入的主流技技术.69宽带无线接接入---LMDSLMDS---本地多点分分配系统,是一种宽宽带无线接接入系统.它使用频频段高、传传输容量大大、使用手手段灵活、、能提供多多种业务手手段,所以以很有市场