现代信息技术导论

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1、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.

2、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: 10 Gb/s.相当于每秒钟传送800卷邓选 .52.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.63.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

3、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:1994年,CHINANET的情况:带宽: 128Kbps,“网民”: 1万人. WWW: Whole World Waiting2001年底,我国互联网的情况:出口带宽:约10Gbps网民: 4000万9互联网技术对当代社会影响深远. 一则小幽默:BEGBEG.COMeBEG.COM10总之,我国信息技术产业发展 迅猛、成就辉煌.我在几年前的三个预言已经 或正在实现.11二.新世纪初IT业 的发展展望12尽管通信和信息产业已有了如 此迅猛的发展,但是绝不会就此 止步.

4、在未来的十年里,IT技术 还将有若干重大突破.我认为起 码包括如下五个方面:131.芯片集成和计算机技术芯片技术,微电子技术是现代通信,计 算机和信息业的基础,人们所说的奔腾 等,都主要是指计算机CPU的芯片. 1) 摩尔定律:每18个月,芯片集成度提 高一倍,价格减少一半.对计算机的运算 速率和功能也是如此.14实际上，目前每一年左右芯片 的集成度和运算速率就提高一 倍。到2000年底，每个芯片上 可包含上亿个元件；而到2010 年，每个芯片上将包含100亿个 元件。个人电脑每秒可执行 1000亿条指令，是现在的250倍 。15当前,世界最高水平的单片集成 电路芯片上所容纳的元器件数 量已达

5、80多亿个,美国先进的集 成电路生产线已经采用了12英 寸硅片、0.18微米的工艺技术, 典型产品为256MB DRAM存储 器.162)全新的计算机有可能出现并 投入商用。例如:利用分子键存储数据的“生物芯 片”.利用量子理论来存储数据的量 子计算机.利用光子而非电子处理信息的 光子计算机。173) 去年1月,我国报道了中科院物 理所在超高密度存储技术上取得突 破,将现有光盘信息容量提高了100 倍.他们研制出世界上存储密度最高 的有机材料,将信息存储点的直径减 少到0.6纳米,并可进行信息点的擦 除.一张这样的光盘可存储一个国家 图书馆的全部信息.这体现了纳米技 术的一项成果.18芯片或微

6、电子技术的进步， 肯定将使计算机的存储成为“海 量”，也肯定将极大地提高信息 处理的速度。这也将对信息高 速交换、宽带传输提出了新的 要求。192.密集式波分复用和全光网络 技术 关于波分复用技术: 1)光通信的基本原理和传输速率目前，单波长光纤通信系统速 率已达10Gbps，不过其潜力已尽 ,而此时所利用的光纤容量仅占其 有效带宽极小的一部分.202)现用波长和可用波长的比较: 大量带宽资源有待于开发利用.单模光纤的适用工作区主要有两个 :1310nm窗口和1550nm窗口。实 际上，1310nm窗口的低衰耗区约 有100nm；1550nm窗口的低衰耗 区大约也有100nm。因而两个工作 区

7、共约200nm的低衰耗区可用，这 相当于30000GHz的频带宽度。这 一巨大的带宽资源现仅利用了约 0.01%.21120013001400150016001260136014801580衰减波长单个光源谱宽223)波分复用的基本思想:将不同波长的多个光源 发出的光信号在一根光纤上 传送,在接收端再将这些波 长分离,从而提高了光纤带 宽资源的利用率.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)波分复用的主要特点:* 可以大大提高传输容量.* 可以节省大量光纤和再生器.* 可以利用不同波长传送不同的 电信业务.* 便

8、于扩容,便于引入宽带新业 务.255)波分复用的当前进展:2000年4月,朗讯公司推出了 WaveStar OLS 800G系统,可在一根光 纤上传输320个2.5G波长或80个10G波 长.在此基础上若增加“太比特速率”的 合波分波器就可平滑过渡到1.6T系统.最新报道:朗讯的LambdaXtreme Transport 光网络系统已具有超长距离 (4000km) 、超大容量(2.56Tb/s)特征, 它是一个DWDM系统.26关于全光网络技术:所谓全光网,是指从网络核心一 直到终端用户节点之间的信号通道 都保持着光的形式,采用端到端的 完全的光路,中间没有电信号的介 入.也就是说,在整个长

9、途传输和交 换网络中都是光信号而非电信号在 起作用.27全光网的主要优点是:1)全光网中光信号的流动不再有光 电转换的障碍,克服了途中由于电 子器件处理信号速率难以提高的困 难.省掉了大量电子器件,大大提高 了传输速率.2)全光网采用波分复用技术,以波 长选择路由,可方便地提供多种协 议的业务.283)全光网组网极具灵活性,在任 何节点可以抽出或加入某个波 长.4)由于沿途没有变换和存储,网 中许多光器件都是无源的,因而 可靠性高.29全光网的关键单元:1) 光分插复用器(OADM):可通过网管系统在光传输的中间 局站上、下一个或几个波长的光信 号. WDM光信号WDM光信号分出某个插入某个3

10、02)光交叉连接设备(ODXC):利用软件可将任一输入光纤上的 任一波长转换为任一输出光纤的任 一波长上,从而达到对各路光信号 的交叉连接.去年已有256256的 报道.输入光纤输出光纤313)光放大器:在传输过程中放大WDM光信号,以实 现长距离的传送.现已有1550波长 范围的光放大器.由WDM、OADM和ODXC构成的全光网络 是传输交换网络发展的方向.323.IP技术和ATM技术通信的两个要素:传输与交换.交换的实质是信息流的转移.这里 所说的信息流,包括数据、话音、 视频等.这些业务的数据被综合到 一起,通过光纤传输到节点,经节点 转移到另一光纤上传输,这就是交 换.交换的模式有两种

11、,即IP与ATM 技术.33关于IP技术:1) 协议的概念.协议即规矩,或通信双方事 先商量好的约定.342)在Internet中,采用TCP/IP协议组.TCP:Transmission Control Protocol (传输控制协议)IP:Interconnecting Protocol(互联协议)35出版社打包(TCP协议组)分检选路(IP协议组)不同路由 （低层协议）TCP/IP示意图 (高层应用)363)TCP的作用:* 在发方将（高层应用）数据分 成一个个的分组,对每个分组加上 序号、接收方地址(即用户B的地址 ),以及差错控制信息.* 在收方对分组是否出错进行检 查,发现出错时

12、要求重发该分组,并 按序号恢复原始数据.374)IP的作用:对每一个分组选择合适的路 由,将它们送至收方.路由器是实现IP协议,为数据 分组选择路由的关键部件,它相 当于交换网中的交换节点.38Internetrouterrouter局域网1局域网2用户A用户B395)IP网络中数据传输具有特点:* 路由器根据IP分组中的目的地 址来选择路由,各个分组长度可以 不同,同一用户信息的各分组又可 以选取不同的路由传送.* 路由器对输入的分组不进行流 量控制,仅按先到先服务的原则使 后到的分组排队等候,因而路由器 转发分组的时延将随业务量而变.40* 当资源不足时就丢掉来不及处理 的IP包.在IP的

13、目的地,终端的TCP 层会检验出IP包的丢失,从而要求 源端重发.这也表现为时延.* 路由器对输入的IP包不纠错,接收 端的TCP层发现错误后也要求源端 重发该IP分组,这同样表现为时延.41由此可见,路由器越多,时延越大 ,抖动越多.因此,人们称之为“尽力而为” 的服务方式,它不能保证QOS.它可 以传送数据业务,但不宜传送实时 的话音、视频和多媒体业务. 426)IP技术的新进展(1):* 路由器的处理速率大大提高, Tb/s级的路由器即将商用.43InternetPSTNPSTNrouterrouter网关A网关B电话PC机PC机PC机44IP技术的新进展(2):*流媒体技术:流式传输把

14、声音、音像 或动画等信息由音视频服务器同用户计 算机连接、实时传送,用户只需经过几 秒或几十秒的启动延时即可观看,这不 仅使启动延时大大缩短,而且还不需要 太大的缓存容量.在Internet/Intranet 中使用流式传输技术的连续时基媒体就 称为流媒体.流媒体技术改变了过去必须先下载、 再播放所需长时间、大存储的要求.45流媒体涉及的关键技术:采用高效的压缩算法,以便降低数据传 输速率.采用缓存技术,以便弥补延时和抖动,保 证数据包顺序组装和连续播出.采用合适的传输协议,包括实时传输协 议RTP、实时传输控制协议RTCP、实 时流协议RTSP和资源预留协议RSVP 等.46由于上述技术和协

15、议的飞速进步 ,从而使IP网可用于IP电话、IP视 频和远程教育、远程医疗等.IP网 络有可能“包打天下”.47关于ATM技术:1)ATM传送的分组长度固定,由5字 节的信头和48字节的信息共53字节 组成,称为信元.2)ATM交换机利用用户信令控制来 建立连接.当输入呼叫量超过网络 资源时,交换机不予受理.对于已接 受的呼叫,能很好地保证服务质量. 因此它非常类似于电路交换机. 483)因此,ATM既能很好地支持实时业 务,如电话、视频、多媒体业务等, 又能支持各种速率的数据业务,因 而人们称之为面向连接的交换.ATM是支撑B-ISDN的最重要的技 术,我国ATM通信网络已初具规模.49结论

16、:ATM 和IP技术都可能支撑未 来的宽带多媒体传输和交换网 络,两者都在迅速发展,鹿死谁手 尚难预测.人们普遍对IP技术看 好,认为它是未来的发展方向.504.第三代移动通信系统将获 得广泛应用511)第二代移动通信(2G):2G面临的主要课题:提供全球化 漫游和多媒体业务.目前第二代移动电话的体系有 两种：CDMA网络和GSM网络，但这 两个网络之间难以实现漫游，不能 满足全球通信的需求;同时，数据 通信技术的进步特别是因特网的普 及，使多媒体通信成为大众渴望享 受的服务，并成为现代通信发展的 主要目标之一。522)ITU提出的第三代移动通信系统IMT -2000的主要特征:l 3G应是一个全球化系统,应具 有世界统一的频段,应能达到全 球的漫游.l 3G应能提供宽带的多媒体业务 ,包括视频的2Mb业务.(IMT:Internet Mobile/Multimedia Telecommunications)53l 3G应能从第二代系统平稳