浅谈网络通信技术

浅谈网络通信技术王欣然，学号：20081346005南京信息工程大学计算机与软件学院网络工程（1）班，南京210044摘要：本文简单介绍了网络通信的技术及其部分原理，信令与协议，ATM与Internet,宽带的技术展望，并展望其美好的应用前景。关键词：构成原理，数据传输，应用前景序言：根据结合自己专业的特点，为了让这学期所学的《信息与通信的发展及其前沿技术》这门课程的知识能更好的为自己的专业服务，真正做到有所学、有所得，我决定初步的研究网络通信技术的原理及应用。首先，解释一下网络和通信的概念范畴：通常人们习惯于用“网络”专指“计算机网络”，专业人士则习惯于用“通信技术”专指信号与系统技术。其实，按照ISO的观点，ISO七层：通信子网，资源子网。此外从通信和网络行业的发展历史来看：1、1876年美国贝尔发明电话，现代通信的萌芽，贝尔公司AT&T公司2、1965年贝尔系统生产第一台商用程控电子交换机NO1ESS，现代通信开端3、1952年美国地面火炮系统，计算机网络分支：智能的，不同于电话的4、1969年ARPnet产生，Internet萌芽：可提供资源网络5、1993年3月1日在芬兰首都赫尔辛基举行的国际电联0fe7的第一届世界电信标准大会（WTSC-93）上，对电联原有的三个机构CCITT、CCIR和IFRB进行了改组，取而代之的是电信标准化部门（ITU-T）、无线通信部门（ITU-R）和电信发展部门（ITU-D）。6、国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion，简称ITU）是联合国的一个专门机构，也是联合国机构中历史最长的一个国际组织，简称”国际电联”或”电联”。这个国际组织成立于1865年5月17日。7、IETF组织(InternetEngineeringTaskForce,即Internet工程任务组)成立于1986年,是国际性互联网标准化组织。RFCxxxx8、90年代ISDN的提出与标准制定，FR，ATM9、光通信的发展Internet的完善10、三网合一的提出，业务综合，经营者的高效能；三电一体化到今天已经相当的发达，网络通信的发展过程就是人们追求高速和业务综合的过程，数字化与程序控制是里程碑。由此可见通信和网络行业正在逐步发展和融合，及所谓的通信构成网络，网络融合通信。因而我们有极大的必要性去研究网络通信技术，从而更好的适应和服务于社会发展的需要。另外根据近些年的国内外的发展的趋势来看：20世纪90年代互联网和移动通信的发展是信息网络有史以来的辉煌期，其影响一直到现在并还将持续，但通信业务和网络应用的发展进入新时期，所面临的情况已经与过去有很大的不同，未来五到十年主要表现如下：在发达国家电话用户已经饱和，在中国固定电话和移动电话普及率已近25%，电信业务发展正在从话音转到多媒体和流媒体；世界上过百个国家的移动通信用户数已超过固定电话用户数，移动通信和以WLAN为代表的无线通信已成潮流；互联网用户发展的速度已经不及过去那么快，但互联网业务量增长速度不减，宽带化比预料的要来得快；网络的发展和宽带化为终端的协同作业提供了可能，网格技术应运而生，它不仅在科研、生产中得到应用，而且以终端为基础的PeertoPeer的应用创造了条件；随着信息技术在工业和社会各方面的应用，网络通信已经从人到人（P2P）的通信发展到人与机器（或物体）间以及机器到机器间（M2M），人们将生活在无所不在（Ubiquitous）的网络（也称为泛在网络）中。在全国信息产业工作会上，王旭东部长指出：建设电信强国，就是要有一个高度发达的国家信息基础设施，广大人民群众普遍使用电信手段，充分享受电信服务。要实现这一宏伟目标，我们电信人必须要全力以赴增强国家和行业的核心竞争力。那么，了解和掌握国际网络技术发展趋势和先进国家的电信水平十分重要。从此可以看出网络通信技术的进一步研究迫在眉睫。众所周知计算机网络是由通信网络和资源网络组成的，世界上有无数个大大小小的网络。网络内部、网络之间每时每刻都在进行着数据的传输。那么这些数据是如何传输的呢？例如，它们怎么知道自己该去往何处？它们怎么知道自己该如何前往目的地？数据传输的过程虽然看不见、摸不着，但却是网络一切应用的基础。下面介绍几个名词：模拟数据通信和数字数据通信一、1.几个术语的解释1)数据－定义为有意义的实体。数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数据是离散的值。2)信号－是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可选择适当的参量来表示要传输的数据。3)信息－是数据的内容和解释。4)信源－通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。5)信宿－通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。6)信道－信源和信宿之间的通信线路。2.模拟信号和数字信号的表示模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表示：图2.1模拟信号、数字信号的表示3.模拟数据和数字数据的表示模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。1)模拟数据可以用模拟信号来表示。模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。模拟电话通信是它的一个应用模型。2)数字数据可以用模拟信号来表示。如Modem可以把数字数据调制成模拟信号；也可以把模拟信号解调成数字数据。用Modem拨号上网是它的一个应用模型。3)模拟数据也可以用数字信号来表示。对于声音数据来说，完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器CODEC。它将直接表示声音数据的模拟信号，编码转换成二进制流近似表示的数字信号;而在线路另一端的CODEC,则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。数字电话通信是它的一个应用模型。4)数字数据可以用数字信号来表示。数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善其传播特性，一般先要对二进制数据进行编码。数字数据专线网DDN网络通信是它的一个应用模型。4.数据通信的长距离传输及信号衰减的克服1)模拟信号和数字信号都可以在合适的传输媒体上进行传输(如图2.2)；图2.2模拟数据、数字数据的模拟信号、数字信号的传输表示2)模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据,在传输一定距离后都会衰减。克服的办法是用放大器来增强信号的能量，但噪音分量也会增强，以至引起信号畸变。3)数字信号长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信号恢复为0、1的标准电平后继续传输。数据通信中的主要技术指标1.数据传输速率1)数据传输速率--每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。计算公式:S=1/T*log2N(bps)......⑴式中T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒；N为一个码元所取的离散值个数。通常N=2K，K为二进制信息的位数，K=log2N。N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。2)信号传输速率--单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。计算公式:B=1/T(Baud)......⑵式中T为信号码元的宽度，单位为秒．信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。由⑴、⑵式得：S=B*log2N(bps)......⑶或B=S/log2N(Baud)......⑷[例1]采用四相调制方式，即N=4，且T=833x10-6秒，则S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400(bps)B=1/T=1/(833x10-6)=1200(Baud)2.信道容量1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。2)离散的信道容量奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：B=2*H(Baud)......⑸奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式：C=2*H*log2N(bps)......⑹式中H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为Hz；N为一个码元所取的离散值个数。[例2]普通电话线路带宽约3kHz，则码元速率极限值B=2*H=2*3k=6kBaud；若码元的离散值个数N=16，则最大数据传输速率C=2*3k*log216=24kbps。3)连续的信道容量香农公式--带噪信道容量公式：C=H*log2(1+S/N)(bps)......⑺式中S为信号功率，N为噪声功率，S/N为信噪比，通常把信噪比表示成10lg(S/N)分贝(dB)。[例3]已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速率。∵10lg(S/N)=30∴S/N=1030/10=1000∴C=3klog2(1+1000)≈30kbps3.误码率--二进制数据位传输时出错的概率。它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。误码率公式：Pe=Ne/N......⑻式中Ne为其中出错的位数；N为传输的数据总数。通信方式1.并行通信方式并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。图2.3并行数据传输2.串行通信方式串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并--串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。图2.4串行数据传输3.串行通信的方向性结构串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。图2.5单工、半双工、全双工单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。二、信令与协议1、CCITT的信令（ITU－T）：一号信令：电话传输的过程七号信令：数字化信令，智能网业务网，支撑网（信令网、同步网、管理网：充分利用网络设备）2、TCP/IP协议。IP地址：ipconfig/allftp192.168.0.105Static192.168.0.10510.77.4.8TCP、UDP协议：可靠与不可靠连接三、主要技术1、交换技术（程序控制）：电路交换和分组交换，ATM交换2、接入技术：电话Modem，DDN专线，N－ISDN，ADSL，FTTx＋LAN3、设备：程控交换机、以太网交换机和路由器；（PSTNLANInternet）4、ATMATM是AsynchronousTransferMode（ATM）异步传输模式的缩写ATM是一项数据传输技术。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到