現(xiàn)代信息技術產(chǎn)業(yè)的導論

現(xiàn)代信息技術導論

北京郵電大學張筱華教授1張筱華,,北京郵郵電大學學教授,,北郵副副校長..1963年----1968年年在北郵郵有線系系y90班學習；；1978年——1981年在在北郵讀讀研究生生，獲碩碩士學位位。1991年—1992年在美美國colorado大學做高高訪學者者，任客客座教授授。1993年—1996年任中中國科學學院研究究生院客客座教授授。1993年始享享受國務務院頒發(fā)發(fā)的政府府津貼..1999年成為為教育部部遠程教教育專家家組成員員,現(xiàn)為為教育部部遠程教教育管理理的首席席專家。。2一.我國國信息技技術產(chǎn)業(yè)業(yè)成就輝輝煌3通信信息息業(yè)發(fā)展展的速度度:人類社會會借助于于紙、筆筆和文字字進行通通信大約約持續(xù)了了1800年..模擬通信信持續(xù)了了大約180年年.大規(guī)模采采用數(shù)字字通信大大約18年.在這18年中,,我們又又經(jīng)歷了了翻天覆覆地的變變化.4建成了以以光纜為為主體的的大容量量數(shù)字干干線傳輸輸網(wǎng),已已形成了了全國““八橫八八縱”的的格狀光光纜骨干干網(wǎng).傳輸速率率:10Gb/s.相當于每每秒鐘傳傳送800卷鄧鄧選.

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2.我國電話話用戶總總數(shù)達到到1.79億門門,我國國交換網(wǎng)網(wǎng)已成為為世界第第二大網(wǎng)網(wǎng).長途電信信網(wǎng)已完完成由五五級向兩兩級的歷歷史性跨跨越.6

3.數(shù)字移動動通信((GSM))系統(tǒng)正在在高速發(fā)發(fā)展,我我國的GSM網(wǎng)絡已成成為世界界上最大大的數(shù)字字移動通通信網(wǎng)絡絡.CDMA系統(tǒng)也在在我國迅迅速發(fā)展展.移動用戶戶已達1.45億戶..“無線線風光””已成為為當今社社會的一一道特有有的風景景.(--history)74.數(shù)據(jù)業(yè)務務在我國國迅速崛崛起:1993年9月月第一個個公用數(shù)數(shù)據(jù)通信信網(wǎng)----CHINAPAC正式開通通業(yè)務..1994年9月月----CHINADDN1994年開始了了中國互互聯(lián)網(wǎng)的的建設..8數(shù)據(jù)的比比較:9互聯(lián)網(wǎng)技技術對當當代社會會影響深深遠.一一則小幽幽默:BEGBEG..COMeBEG.COM10總之,我我國信息息技術產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展展迅猛、、成就輝輝煌.我在幾年年前的三三個預言言已經(jīng)或或正在實實現(xiàn).11二.新世世紀初IT業(yè)的發(fā)展展展望12盡管通信信和信息息產(chǎn)業(yè)已已有了如如此迅猛猛的發(fā)展展,但是是絕不會會就此止止步.在在未來的的十年里里,IT技術還將將有若干干重大突突破.我我認為起起碼包括括如下五五個方面面:131.芯片片集成和和計算機機技術芯片技術術,微電電子技術術是現(xiàn)代代通信,,計算機機和信息息業(yè)的基基礎,人人們所說說的奔騰騰Ⅱ等,,都主要要是指計計算機CPU的芯片..1)摩摩爾定律律:每18個月月,芯片片集成度度提高一一倍,價價格減少少一半..對計算算機的運運算速率率和功能能也是如如此.14實際上，，目前每每一年左左右芯片片的集成成度和運運算速率率就提高高一倍。。到2000年底，每每個芯片片上可包包含上億億個元件件；而到到2010年，每個個芯片上上將包含含100億個元件件。個人人電腦每每秒可執(zhí)執(zhí)行1000億條指令令，是現(xiàn)現(xiàn)在的250倍。15當前,世世界最高高水平的的單片集集成電路路芯片上上所容納納的元器器件數(shù)量量已達80多億億個,美美國先進進的集成成電路生生產(chǎn)線已已經(jīng)采用用了12英寸硅硅片、0.18微米的的工藝技技術,典典型產(chǎn)品品為256MBDRAM存儲器..162)全新的計計算機有有可能出出現(xiàn)并投投入商用用。例如如:利用分子子鍵存儲儲數(shù)據(jù)的的“生物物芯片””.利用量子子理論來來存儲數(shù)數(shù)據(jù)的量量子計算算機.利用光子子而非電電子處理理信息的的光子計計算機。。173)去年1月月,我國國報道了了中科院院物理所所在超高高密度存存儲技術術上取得得突破,,將現(xiàn)有有光盤信信息容量量提高了了100倍.他們研制制出世界界上存儲儲密度最最高的有有機材料料,將信信息存儲儲點的直直徑減少少到0..6納米米,并可可進行信信息點的的擦除..一張這這樣的光光盤可存存儲一個個國家圖圖書館的的全部信信息.這這體現(xiàn)了了納米技技術的一一項成果果.18芯片或微微電子技技術的進進步，肯肯定將使使計算機機的存儲儲成為““海量””，也肯肯定將極極大地提提高信息息處理的的速度。。這也將將對信息息高速交交換、寬寬帶傳輸輸提出了了新的要要求。192.密集式波波分復用用和全光光網(wǎng)絡技技術關于波分分復用技技術:1)光通通信的基基本原理理和傳輸輸速率目前，單單波長光光纖通信信系統(tǒng)速速率已達達10Gbps，不過其潛潛力已盡盡,而此此時所利利用的光光纖容量量僅占其其有效帶帶寬極小小的一部部分.202)現(xiàn)用用波長和和可用波波長的比比較:大大量帶寬寬資源有有待于開開發(fā)利用用.單模光纖纖的適用用工作區(qū)區(qū)主要有有兩個::1310nm窗口和1550nm窗口。實實際上，，1310nm窗口的低低衰耗區(qū)區(qū)約有100nm；1550nm窗口的低低衰耗區(qū)區(qū)大約也也有100nm。因而兩個個工作區(qū)區(qū)共約200nm的低衰耗耗區(qū)可用用，這相相當于30000GHz的頻帶寬寬度。這這一巨大大的帶寬寬資源現(xiàn)現(xiàn)僅利用用了約0.01%.21120013001400150016001260136014801580衰減波長單個光源源譜寬223)波分分復用的的基本思思想:將不同波波長的多多個光源源發(fā)出的的光信號號在一根根光纖上上傳送,,在接收收端再將將這些波波長分離離,從而而提高了了光纖帶帶寬資源源的利用用率.23合波器分波器光源1單根光纖纖1,2…....N檢測器光源2檢測器光源N檢測器信道1信道2信道N12N信道1信道2信道N244)波分復用用的主要要特點::*可可以大大大提高傳傳輸容量量.*可可以節(jié)省省大量光光纖和再再生器..*可可以利用用不同波波長傳送送不同的的電信業(yè)業(yè)務.*便便于擴容容,便于于引入寬寬帶新業(yè)業(yè)務.255)波分復用用的當前前進展::2000年4月月,朗訊訊公司推推出了WaveStarOLS800G系統(tǒng),可可在一根根光纖上上傳輸320個個2.5G波長或80個10G波長.在此基礎礎上若增增加“太太比特速速率”的的合波分分波器就就可平滑滑過渡到到1.6T系統(tǒng).最新報道道:朗訊訊的LambdaXtremeTransport光網(wǎng)絡系系統(tǒng)已具具有超長長距離((4000km)、、超大容量量(2..56Tb/s)特征,它它是一個個DWDM系統(tǒng).26關于全光光網(wǎng)絡技技術:所謂全光光網(wǎng),是是指從網(wǎng)網(wǎng)絡核心心一直到到終端用用戶節(jié)點點之間的的信號通通道都保保持著光光的形式式,采用用端到端端的完全全的光路路,中間間沒有電電信號的的介入..也就是是說,在在整個長長途傳輸輸和交換換網(wǎng)絡中中都是光光信號而而非電信信號在起起作用..

27全光網(wǎng)的的主要優(yōu)優(yōu)點是::1)全光光網(wǎng)中光光信號的的流動不不再有光光電轉換換的障礙礙,克服服了途中中由于電電子器件件處理信信號速率率難以提提高的困困難.省省掉了大大量電子子器件,,大大提提高了傳傳輸速率率.2)全光光網(wǎng)采用用波分復復用技術術,以波波長選擇擇路由,,可方便便地提供供多種協(xié)協(xié)議的業(yè)業(yè)務.283)全光網(wǎng)組組網(wǎng)極具具靈活性性,在任任何節(jié)點點可以抽抽出或加加入某個個波長..4)由于于沿途沒沒有變換換和存儲儲,網(wǎng)中中許多光光器件都都是無源源的,因因而可靠靠性高..29全光網(wǎng)的的關鍵單單元:1)光分插復復用器((OADM):可通過網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)統(tǒng)在光傳傳輸?shù)闹兄虚g局站站上、下下一個或或幾個波波長的光光信號..WDM光信號WDM光信號分出某個個λ插入某個個λ302)光交叉連連接設備備(ODXC):利用軟件件可將任任一輸入入光纖上上的任一一波長轉轉換為任任一輸出出光纖的的任一波波長上,,從而達達到對各各路光信信號的交交叉連接接.去年年已有256××256的報道道.輸入光纖纖輸出光纖纖313)光放放大器::在傳輸過過程中放放大WDM光信號,,以實現(xiàn)現(xiàn)長距離離的傳送送.現(xiàn)已已有1550波長長范圍的的光放大大器.由WDM、、OADM和ODXC構成的全全光網(wǎng)絡絡是傳輸輸交換網(wǎng)網(wǎng)絡發(fā)展展的方向向.

323.IP技術和ATM技術通信的兩兩個要素素:傳輸輸與交換換.交換的實實質(zhì)是信信息流的的轉移..這里所所說的信信息流,,包括數(shù)數(shù)據(jù)、話話音、視視頻等..這些業(yè)業(yè)務的數(shù)數(shù)據(jù)被綜綜合到一一起,通通過光纖纖傳輸?shù)降焦?jié)點,,經(jīng)節(jié)點點轉移到到另一光光纖上傳傳輸,這這就是交交換.交交換的模模式有兩兩種,即即IP與ATM技術.33關于IP技術:1)協(xié)協(xié)議的概概念.協(xié)議即規(guī)規(guī)矩,或或通信雙雙方事先先商量好好的約定定.342)在Internet中,采用用TCP//IP協(xié)議組..TCP::TransmissionControlProtocol((傳輸控制制協(xié)議))IP:InterconnectingProtocol(互聯(lián)協(xié)議議)35出版社打包(TCP協(xié)議組))分檢選路路(IP協(xié)議組))不同路由由（低層協(xié)協(xié)議）TCP//IP示意圖(高層應應用)363)TCP的作用::*在發(fā)發(fā)方將（（高層應應用）數(shù)數(shù)據(jù)分成成一個個個的分組組,對每每個分組組加上序序號、接接收方地地址(即即用戶B的地址)),以及及差錯控控制信息息.*在收收方對分分組是否否出錯進進行檢查查,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)出錯時時要求重重發(fā)該分分組,并并按序號號恢復原原始數(shù)據(jù)據(jù).374)IP的作用::對每一個個分組選選擇合適適的路由由,將它它們送至至收方..路由器是是實現(xiàn)IP協(xié)議,為為數(shù)據(jù)分分組選擇擇路由的的關鍵部部件,它它相當于于交換網(wǎng)網(wǎng)中的交交換節(jié)點點.38Internetrouterrouter局域網(wǎng)1局域網(wǎng)2用戶A用戶B395)IP網(wǎng)絡中數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸具有特特點:*路由由器根據(jù)據(jù)IP分組中的的目的地地址來選選擇路由由,各個個分組長長度可以以不同,,同一用用戶信息息的各分分組又可可以選取取不同的的路由傳傳送.*路由由器對輸輸入的分分組不進進行流量量控制,,僅按先先到先服服務的原原則使后后到的分分組排隊隊等候,,因而路路由器轉轉發(fā)分組組的時延延將隨業(yè)業(yè)務量而而變.40

*當資資源不足足時就丟丟掉來不不及處理理的IP包.在IP的目的地地,終端端的TCP層會檢驗驗出IP包的丟失失,從而而要求源源端重發(fā)發(fā).這也也表現(xiàn)為為時延..*路由由器對輸輸入的IP包不糾錯錯,接收收端的TCP層發(fā)現(xiàn)錯錯誤后也也要求源源端重發(fā)發(fā)該IP分組,這這同樣表表現(xiàn)為時時延.41由此可見見,路由由器越多多,時延延越大,,抖動越越多.因此,人人們稱之之為“盡盡力而為為”的服服務方式式,它不不能保證證QOS..它可以傳傳送數(shù)據(jù)據(jù)業(yè)務,,但不宜宜傳送實實時的話話音、視視頻和多多媒體業(yè)業(yè)務.426)IP技術的新新進展((1)::*路由由器的處處理速率率大大提提高,Tb/s級的路由由器即將將商用..

43InternetPSTNPSTNrouterrouter網(wǎng)關A網(wǎng)關B電話PC機PC機PC機

44IP技術的新新進展((2)::*流媒體體技術::流式傳傳輸把聲聲音、音像或動動畫等信信息由音音視頻服服務器同同用戶計計算機連連接、實實時傳送送,用戶戶只需經(jīng)經(jīng)過幾秒秒或幾十十秒的啟啟動延時時即可觀觀看,這這不僅使使啟動延延時大大大縮短,,而且還還不需要要太大的的緩存容容量.在在Internet/Intranet中使用流流式傳輸輸技術的的連續(xù)時時基媒體體就稱為為流媒體體.流媒體技技術改變變了過去去必須先先下載、、再播放放所需長長時間、、大存儲儲的要求求.45流媒體涉涉及的關關鍵技術術:采用高效效的壓縮縮算法,,以便降降低數(shù)據(jù)據(jù)傳輸速速率.采用緩存存技術,,以便彌彌補延時時和抖動動,保證證數(shù)據(jù)包包順序組組裝和連連續(xù)播出出.采用合適適的傳輸輸協(xié)議,,包括實實時傳輸輸協(xié)議RTP、、實時傳輸輸控制協(xié)協(xié)議RTCP、實時流協(xié)協(xié)議RTSP和資源預預留協(xié)議議RSVP等.46由于上述述技術和和協(xié)議的的飛速進進步,從從而使IP網(wǎng)可用于于IP電話、IP視頻和遠遠程教育育、遠程程醫(yī)療等等.IP網(wǎng)絡有可可能“包包打天下下”.47關于ATM技術:

1)ATM傳送的分分組長度度固定,,由5字字節(jié)的信信頭和48字節(jié)節(jié)的信息息共53字節(jié)組組成,稱稱為信元元.2)ATM交換機利利用用戶戶信令控控制來建建立連接接.當輸輸入呼叫叫量超過過網(wǎng)絡資資源時,,交換機機不予受受理.對對于已接接受的呼呼叫,能能很好地地保證服服務質(zhì)量量.因此此它非常常類似于于電路交交換機..483)因此此,ATM既能很好好地支持持實時業(yè)業(yè)務,如如電話、、視頻、、多媒體體業(yè)務等等,又能能支持各各種速率率的數(shù)據(jù)據(jù)業(yè)務,,因而人人們稱之之為面向向連接的的交換..ATM是支撐B-ISDN的最重要要的技術術,我國國ATM通信網(wǎng)絡絡已初具具規(guī)模..

49結論:ATM和IP技術都可可能支撐撐未來的的寬帶多多媒體傳傳輸和交交換網(wǎng)絡絡,兩者者都在迅迅速發(fā)展展,鹿死死誰手尚尚難預測測.人們們普遍對對IP技術看好好,認為為它是未未來的發(fā)發(fā)展方向向.504.第三三代移動動通信系系統(tǒng)將獲獲得廣泛泛應用

511)第二二代移動動通信((2G):2G面臨的主主要課題題:提供供全球化化漫游和和多媒體體業(yè)務..目前第二二代移動動電話的的體系有有兩種：：CDMA網(wǎng)絡和GSM網(wǎng)絡，但但這兩個個網(wǎng)絡之之間難以以實現(xiàn)漫漫游，不不能滿足足全球通通信的需需求;同同時，數(shù)數(shù)據(jù)通信信技術的的進步特特別是因因特網(wǎng)的的普及，，使多媒媒體通信信成為大大眾渴望望享受的的服務，，并成為為現(xiàn)代通通信發(fā)展展的主要要目標之之一。522)ITU提出的第第三代移移動通信信系統(tǒng)IMT--2000的主要特特征:3G應是一個個全球化化系統(tǒng),,應具有有世界統(tǒng)統(tǒng)一的頻頻段,應應能達到到全球的的漫游..3G應能提供供寬帶的的多媒體體業(yè)務,,包括視視頻的2Mb業(yè)務.(IMT::InternetMobile/MultimediaTelecommunications)533G應能從第第二代系系統(tǒng)平穩(wěn)穩(wěn)過渡..3G應能與發(fā)發(fā)展的固固定網(wǎng)業(yè)業(yè)務同步步發(fā)展,,完全互互通.當前,移移動通信信業(yè)界的的共識是是:未來來的移動動通信網(wǎng)網(wǎng)絡將向向IP化方向演演進,未未來的移移動通信信網(wǎng)絡將將是一個個全IP的分組網(wǎng)網(wǎng)絡.543)由2G向3G的過渡::3G的標準正正在制定定之中,,涉及地地面技術術的標準準有10種,包包括我國國提出的的TD-SCDMA技術.眾眾多的標標準使之之難以大大規(guī)模發(fā)發(fā)展.同同時,““殺手應應用”也也是制約約瓶頸之之一.3G何時能得得到大規(guī)規(guī)模的市市場認同同,眾眾說紛紜紜,其關關鍵是是是否有““殺手應應用”..但一致致的看法法是應加加速應用用GPRS技術.GPRS被稱為2.5G移動通信信系統(tǒng)..(GeneralPacketRadioService)55

4)GPRS的特點::GPRS是基于GSM的新型移移動分組組數(shù)據(jù)承承載業(yè)務務,是移移動通信信向分組組化發(fā)展展的里程程碑.GPRS的最高高速率可可達115kbps,可以滿滿足用戶戶上網(wǎng)的的要求..

56GPRS支持Internet的IP協(xié)議及X.25協(xié)議.在在GSM系統(tǒng)中,,新引入入了GGSN(網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點點),它它可以與與多種數(shù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡絡連接,,并可把把GPRS信包進行行協(xié)議轉轉換,傳傳送到遠遠端的TCP//IP或X.25網(wǎng)絡.57若干個GPRS用戶可共共享一個個無線信信道,而而一個移移動數(shù)據(jù)據(jù)用戶也也可同時時利用多多個信道道,因而而GPRS用戶的實實際數(shù)據(jù)據(jù)通信速速率十分分靈活,,可以低低于100bit//s也可高于于100Kbit/s..結論:GPRS將會得到到廠商和和用戶的的支持,,技術也也已成熟熟,可望望快速發(fā)發(fā)展.585）其它它無線新新技術：：例如藍牙牙技術（（bluetooth)),具有無限限廣闊的的前景。。其特點點:近距離::10m頻率2..45GHz::公用、免免費、免免申請藍牙程序序寫在一一個9mm×9mm的微芯片片中,該該芯片嵌嵌入各種種信息設設備,支支持它們們相互通通信傳輸速率率<1Mbps595.寬帶接入入技術展展望用戶接入入,即““最后一一公里””已成為為網(wǎng)絡最最后的瓶瓶頸,引引起了人人們廣泛泛地注意意.基本思路路:在銅銅線接入入上展開開帶寬;;把光纖纖接入作作為最終終的接入入手段..601)N-ISDN技術利用N-ISDN技術擴展展帶寬----““一線通通”方案案,速率率可為2B+D,,B代表64K,而D代表16K,即144Kb/s,最高可達達2M,從而實現(xiàn)現(xiàn)了“一一邊上網(wǎng)網(wǎng)一邊打打電話””.61特點:多功能----利利用一對對電話線線即可享享用電話話、傳真真、可視視電話及及數(shù)據(jù)通通信等業(yè)業(yè)務.傳輸速率率高.使用方便便,上網(wǎng)網(wǎng)通話互互不干擾擾.速率靈活活,64K,N××64K,2M62AO/DI(alwayson//dynamicISDN)-----永遠動態(tài)態(tài)在線ISDN技術由美國提提出,已已開始迅迅速普及及.挖掘D信道潛力力,將其其作為低低速數(shù)據(jù)據(jù)專線..通過D信道,可可收發(fā)E-MAIL、、信息瀏覽覽等,而而且永遠遠在線..需高速率率時,可可自動由由D信道擴展展到B信道,即即16K～128K,,甚至144K.63ADSL—非對稱數(shù)數(shù)字用戶戶線技術術數(shù)字用戶戶線系統(tǒng)統(tǒng)(XDSL)是一種有有效的寬寬帶接入入技術,,它有十十幾種花花樣,ADSL是當前最最為常用用的一種種,稱為為非對稱稱用戶線線技術..ADSL:asymmetricaldigitalsubscriberlines64特點:無須改動動銅纜網(wǎng)網(wǎng)絡設施施,利用用現(xiàn)有的的雙絞線線就能提提供寬帶帶業(yè)務..其下行速速率可達達8Mb/s左右,上上行速率率可達144Kb/s或384kb/s,可支持因因特網(wǎng)和和電話業(yè)業(yè)務,以以及視頻頻點播((VOD))業(yè)務.實際速率率取決于于用戶線線的線徑徑與傳輸輸距離..話音業(yè)務務和數(shù)據(jù)據(jù)業(yè)務互互不干擾擾.65成本偏高高.對用戶線線的要求求較高,,實際能能開到1.5Mb/s速率以上上的用戶戶線通常常僅35%左右右.用戶側設設備稍為為復雜,,需專人人安裝..由此產(chǎn)生生了改進進型的ADSL,稱為無分分路器的的ADSL,即UADSL.66ADSL系統(tǒng)參考考模型話音分離離器ATU--RATU--C終端端各種業(yè)業(yè)務務電話業(yè)務務ATU::ADSL傳輸單元元C:局端R:用戶端67ADSL的頻譜分分配話音上行下行頻率68UADSL的特點::下行速率率降低到到1.5Mb/s,其復雜性性和功耗耗大為降降低,傳傳輸距離離也延長長到5..4km.用戶處不不再用電電話分離離器,簡簡化了用用戶側設設備.從而省去去了專人人安裝測測試用戶戶側設備備的麻煩煩,降低低了成本本.標準化程程度高,,便于不不同廠家家產(chǎn)品的的互連和和大規(guī)模模推廣..UADSL技術有可可能成為為今后寬寬帶接入入的主流流技術..69寬帶無線線接入----