现代信息技术导论(北邮)

1现代信息技术导论北京邮电大学张筱华教授2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。3一.我国信息技术产业成就辉煌4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.51.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.62.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.73.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)84.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.9数据的比较:1994年,CHINANET的情况:带宽:128Kbps,“网民”:1万人.WWW:WholeWorldWaiting2001年底,我国互联网的情况:出口带宽:约10Gbps网民:4000万10互联网技术对当代社会影响深远.一则小幽默:BEGBEG.COMeBEG.COM11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.12二.新世纪初IT业的发展展望13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.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:141.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Ⅱ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.15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。16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256MBDRAM存储器.172)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。183)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.19芯片或微电子技术的进步，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。202.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.212)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%.22120013001400150016001260136014801580衰减波长单个光源谱宽233)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.24合波器分波器光源1单根光纤1,N检测器光源2检测器光源N检测器信道1信道2信道N1N信道1信道2信道N254)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.*便于扩容,便于引入宽带新业务.265)波分复用的当前进展:2000年4月,朗讯公司推出了WaveStarOLS800G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LambdaXtremeTransport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.27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,在整个长途传输和交换网络中都是光信号而非电信号在起作用.28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.293)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.30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λ插入某个λ312)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256×256的报道.输入光纤输出光纤323)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.333.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,即IP与ATM技术.34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.352)在Internet中,采用TCP/IP协议组.TCP:TransmissionControlProtocol(传输控制协议)IP:InterconnectingProtocol(互联协议)36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)373)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,发现出错时要求重发该分组,并按序号恢复原始数据.384)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.39Internetrouterrouter局域网1局域网用户A用户B405)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.41*当资源不足时就丢掉来不及处理的IP包.在IP的目的地,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.42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.436)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.44InternetPSTNPSTNrouterrouter网关A网关B电话PC机PC机PC机45IP技术的新进展(2):*流媒体技术:流式传输把声音、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.46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.47由于上述技术和协议的飞速进步,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”.48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.493)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.50结论: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.514.第三代移动通信系统将获得广泛应用521)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。532)ITU提出的第三代移动通信系统IMT-2000的主要特征: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.3G应能提供宽带的多媒体业务,包括视频的2Mb业务.(IMT:InternetMobile/MultimediaTelecommunications)543G应能从第二代系统平稳过渡.3G应能与发展的固定网业务同步发展,完全互通.当前,移动通信业界的共识是:未来的移动通信网络将向IP化方向演进,未来的移动通信网络将是一个全IP的分组网络.553)由2G向3G的过渡:3G的标准正在制定之中,涉及地面技术的标准有10种,包括我国提出的TD-SCDMA技术.众多的标准使之难以大规模发展.同时,“杀手应用”也是制约瓶颈之一.3G何时能得到大规模的市场认同,众说纷纭,其关键是是否有“杀手应用”.但一致的看法是应加速应用GPRS技术.GPRS被称为2.5G移动通信系统.(GeneralPacketRadioService)564)GPRS的特点:GPR