計(jì)算機(jī)通信概述

計(jì)算機(jī)通信概述第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四1概述通信的概念計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵問題數(shù)據(jù)通信的體系結(jié)構(gòu)第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四通信的概念通信（Communication）是把消息從一地有效地傳遞到另一地，即消息傳遞的全過程。通信是人與人之間通過某種媒體進(jìn)行的信息交流與傳遞，在中國古代，民間的通信只能是讓別人捎口信，官方也只是通過一個(gè)一個(gè)的驛站進(jìn)行信息傳遞，這種通信方式對(duì)遠(yuǎn)距離來說，最快也要幾天的時(shí)間，而現(xiàn)在的通信的方式，有電報(bào)，電話，快信，短信，E-MAIL等，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)通信。

第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四電信（telecommunication）是指利用電報(bào)、電話、傳真、無線電設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等電子手段傳遞信息的通訊方式。電信網(wǎng)（telecommunicationnetwork）是多個(gè)用戶電信系統(tǒng)互連的通信體系。是由終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備等基本要素組成的綜合系統(tǒng)。電信網(wǎng)的主要功能是按用戶的需要傳遞和交流信息，以實(shí)現(xiàn)人類遠(yuǎn)距離通信的需要。第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四電話的產(chǎn)生與發(fā)展三大電信運(yùn)營商1854年WesternUnion公司成立，1877年成立美國之音電話公司1876年貝爾電話公司成立，1925年貝爾實(shí)驗(yàn)室成立1900年美國AT&T公司成立第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四AT&T

美國電話電報(bào)公司（AT&T）是一家美國電信公司，創(chuàng)建于1877年，曾長期壟斷美國長途和本地電話市場(chǎng)。AT&T在近20年中，曾經(jīng)過多次分拆和重組。目前，AT&T是美國最大的本地和長途電話公司,總部位于得克薩斯州圣安東尼奧第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四AT&T歷史AT&T的前身是由電話發(fā)明人貝爾于1877年創(chuàng)建的美國貝爾電話公司。1895年，貝爾公司將其正在開發(fā)的美國全國范圍的長途業(yè)務(wù)項(xiàng)目分割，建立了一家獨(dú)立的公司稱為美國電話電報(bào)公司（AT&T)。1899年，AT&T整合了美國貝爾的業(yè)務(wù)和資產(chǎn)，成為貝爾系統(tǒng)的母公司。該公司一直是美國長途電話技術(shù)的先行者。1984年，美國司法部依據(jù)《反托拉斯法》拆分AT&T，分拆出一個(gè)繼承了母公司名稱的新AT&T公司(專營長途電話業(yè)務(wù))和七個(gè)本地電話公司(即“貝爾七兄弟”)，美國電信業(yè)從此進(jìn)入了競(jìng)爭時(shí)代。1995年，又從公司中分離出了從事設(shè)備開發(fā)制造的朗訊科技和NCR，只保留了通信服務(wù)業(yè)務(wù)。2000年后，AT&T又先后出售了無線通信，有線電視和寬帶通信部門。2005年，原“小貝爾”之一的西南貝爾對(duì)AT&T兼并，合并后的企業(yè)繼承了AT&T的名稱。第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四電話的產(chǎn)生與發(fā)展1910年，AT&T、貝爾實(shí)驗(yàn)室、WesternElectric從運(yùn)營公司分離。1996年AT&T重組：通信業(yè)務(wù)集團(tuán)（CommunicationServicesGroup）朗訊科技（LucentTechnologies）咨詢公司（GlobalInformationSolutions）第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四電話交換方式的發(fā)展1880-1910：人工交換（ManualSwitch）喬治·貝爾發(fā)明世界上第一部電話機(jī)已經(jīng)100多年；最早的電話交換使用人工轉(zhuǎn)接方式，接線話務(wù)員使用塞繩（link）把要通話的兩端物理上連接起來；容量小、交換效率低，但它是一次遠(yuǎn)程電信號(hào)通信的跨躍。1910-1970：機(jī)電交換（ElectromechanicalSwitching）1910-1960：步進(jìn)制系統(tǒng)（Step-by-Step）1940-1975：縱橫制交換機(jī)（空分制），即Crossbar-System1960-現(xiàn)在：電子交換（ElectronicSwitching）模擬交換(AnalogSwitching)數(shù)字交換(DigitalSwitching)第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四從人工交換到自動(dòng)交換第一個(gè)研究發(fā)明自動(dòng)電話的人是一個(gè)名叫阿爾蒙.B.史端喬的美國人，他是美國堪薩斯城一家殯儀館的老板。他發(fā)覺，電話局的話務(wù)員不知是有意還是無意，常常把他的生意電話接到他的競(jìng)爭者那里，使他的多筆生意因此丟掉。為此他大力惱火，發(fā)誓要發(fā)明一種不要話務(wù)員接線的自動(dòng)接線設(shè)備。從1889年到1891年，他潛心研究一種能自動(dòng)接線的交換機(jī)，結(jié)果他成功了。第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四1891年3月10日，獲得“步進(jìn)制自動(dòng)電話接線器”的專利權(quán)。1892年11月3日，用史端喬發(fā)明的接線器制成的“步進(jìn)制自動(dòng)電話交換機(jī)”在美國印第安納州的拉波特城投入使用，這便是世界上第一個(gè)自動(dòng)電話局。從此，電話通信跨入了一個(gè)新時(shí)代。自動(dòng)電話的大踏步發(fā)展是在20世紀(jì)。到20世紀(jì)20年代，世界上還只有15％的電話是自動(dòng)電話。隨著自動(dòng)電話技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，到20世紀(jì)50年代，世界上已有77％的電話是自動(dòng)電話了。第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四什么叫做“步進(jìn)制”？這是因?yàn)樗强侩娫捰脩魮芴?hào)脈沖直接控制交換機(jī)的機(jī)械作一步一步動(dòng)作的。例如，用戶撥號(hào)“1”，發(fā)出一個(gè)脈沖（所謂“脈沖”，就是一個(gè)很短時(shí)間的電流），這個(gè)脈沖使接線器中的電磁鐵吸動(dòng)一次，接線器就向前動(dòng)作一步。用戶撥號(hào)碼“2”，就發(fā)出兩個(gè)脈沖，使電磁鐵吸動(dòng)兩次，接線器就向前動(dòng)作兩步，其余類推。所以，這種交換機(jī)就叫做“步進(jìn)制自動(dòng)電話交換機(jī)。第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四縱橫制交換機(jī)1919年，瑞典的電話工程師帕爾姆格倫和貝塔蘭德發(fā)明了一種自動(dòng)接線器，叫做“縱橫制接線器”，并申請(qǐng)了專利。1929年，瑞典松茲瓦爾市建成了世界上第一個(gè)大型縱橫制電話局，擁有3500個(gè)用戶?！翱v橫制”的名稱來自縱橫接線器的構(gòu)造，它由一些縱棒、橫棒和電磁裝置構(gòu)成，控制通過電磁裝置的電流可吸動(dòng)相關(guān)的縱棒和橫棒動(dòng)作，使得縱棒和橫棒在某個(gè)交叉點(diǎn)接觸，從而實(shí)現(xiàn)接線的工作。

第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四公共控制設(shè)備的功能就好比是人工電話交換中的話務(wù)員，擔(dān)任著接收用戶撥發(fā)的電話號(hào)碼的任務(wù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)等工作。它模仿話務(wù)員的工作過程，但是接線速度比人工快得多。公共控制設(shè)備是：由許多電子器件組成的一個(gè)極為復(fù)雜的電子電路。

第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四“機(jī)電”方式向“程控”方式演變程控電話交換機(jī)就是電子計(jì)算機(jī)控制的電話交換機(jī)。它是利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，用預(yù)先編好的程序來控制電話的接續(xù)工作。1965年5月，美國貝爾系統(tǒng)的1號(hào)電子交換機(jī)問世，它是世界上第一部開通使用的程控電話交換機(jī)。但這還不是時(shí)分?jǐn)?shù)字式的，而是所謂“空分”的。什么叫“空分”？空分就是用戶在打電話時(shí)要占用一對(duì)線路，也就是要占用一個(gè)空間位置，一直到打完電話為止。過去機(jī)電式的交換機(jī)都是空分方式的。第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四從1965年到1975年這10年間，絕大部分程控交換機(jī)都是空分的、模擬的。因?yàn)橄胍呀粨Q機(jī)中的通話接續(xù)部分的金屬接點(diǎn)換成電子接點(diǎn)比較困難，因?yàn)闆]有一種電子接點(diǎn)的開關(guān)性能（即開關(guān)斷開時(shí)的電阻與接通時(shí)的電阻之比）能比得上金屬接觸點(diǎn)。第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四1970年，法國開通了世界上第一部程控?cái)?shù)字交換機(jī)，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)和大規(guī)模集成電路。隨后世界各國都大力開發(fā)。進(jìn)入80年代，程控?cái)?shù)字電話交換機(jī)開始在世界上普及。

程控?cái)?shù)字交換與數(shù)字傳輸相結(jié)合，可以構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，不僅實(shí)現(xiàn)電話交換，還能實(shí)現(xiàn)傳真、數(shù)據(jù)、圖像通信等的交換。程控?cái)?shù)字交換機(jī)處理速度快，體積小、容量大，靈活性強(qiáng)，服務(wù)功能多，便于改變交換機(jī)功能，便于建設(shè)智能網(wǎng)，向用戶提供更多、更方便的電話服務(wù)。因此，它已成為當(dāng)代電話交換的主要制式。第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四貝爾系統(tǒng)解體前的交換體系第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四貝爾系統(tǒng)解體后的交換體系第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四我國長話網(wǎng)絡(luò)的交換體系結(jié)構(gòu)第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四國際電話網(wǎng)交換體系第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展3位偉大的奠基者

喬治·布爾圖靈馮·諾伊曼推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的重大事件第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展1864年美國Rand公司提出存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的概念，電路交換向分組交換過渡。快速分組交換技術(shù)——幀中繼、ATMB-ISDN——綜合化、高速化

(寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展1969年美國國防部ARPANET1976年X.25標(biāo)準(zhǔn)1989年ATM交換1993年國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（NII）行動(dòng)計(jì)劃：信息高速公路1994年全球信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（GII）1996年下一代因特網(wǎng)計(jì)劃（NGI）第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)的交換系統(tǒng)不適合計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸具有間歇性計(jì)算機(jī)通信具有突發(fā)性電路交換在建立通路之前的呼叫時(shí)間太長第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四分組交換也稱包交換，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長度，每個(gè)部分叫做一個(gè)分組。在每個(gè)分組的前面加上一個(gè)分組頭，用以指明該分組發(fā)往何地址，然后由交換機(jī)根據(jù)每個(gè)分組的地址標(biāo)志，將他們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，這一過程稱為分組交換。進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。分組交換在線路上采用動(dòng)態(tài)復(fù)用技術(shù)傳送按一定長度分割為許多小段的數(shù)據(jù)——分組。每個(gè)分組標(biāo)識(shí)后，在一條物理線路上采用動(dòng)態(tài)復(fù)用的技術(shù)，同時(shí)傳送多個(gè)數(shù)據(jù)分組。把來自用戶發(fā)端的數(shù)據(jù)暫存在交換機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)，接著在網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。到達(dá)接收端，再去掉分組頭將各數(shù)據(jù)字段按順序重新裝配成完整的報(bào)文。分組交換比電路交換的電路利用率高，比報(bào)文交換的傳輸時(shí)延小，交互性好。第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四分組交換技術(shù)與虛電路第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四面向21世紀(jì)的計(jì)算機(jī)通信寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)

電話局之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但電話局到用戶則仍然是模擬的。綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，使電話局和用戶之間仍然采用一對(duì)銅線，也能夠做到數(shù)字化，并向用戶提供多種業(yè)務(wù)，除了撥打電話外，還可以提供諸如可視電話、數(shù)據(jù)通信、會(huì)議電視等等多種業(yè)務(wù)，從而將電話、傳真、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸和處理。寬帶可以向用戶提供155Mbps以上的通信能力。計(jì)算機(jī)無線通信第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(1)信道與噪聲涉及的基本問題有信道的概念、常用信道的特性及對(duì)所傳信道的影響，克服不良信道特性的辦法等。第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(2)數(shù)字終端技術(shù)包括發(fā)端、收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理過程中所涉及到的技術(shù)。模擬信號(hào)數(shù)字化問題中的信源編碼/譯碼；數(shù)據(jù)壓縮處理，語音壓縮編碼技術(shù)；多路復(fù)用、數(shù)字復(fù)接技術(shù)等。第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(3)數(shù)字基帶傳輸技術(shù)信號(hào)傳輸碼型碼間串?dāng)_問題實(shí)現(xiàn)無碼間串?dāng)_傳輸?shù)睦硐霔l件及減少碼間串?dāng)_的部分響應(yīng)系統(tǒng)和均衡技術(shù)。第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(4)數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)主要是指數(shù)字通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一——數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，是將輸入的數(shù)字信號(hào)（基帶數(shù)字信號(hào)）變換為適合于信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)。第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(5)數(shù)字同步技術(shù)同步就是使系統(tǒng)的收發(fā)兩端在時(shí)間上保持步調(diào)一致。同步的主要內(nèi)容有載波同步、位同步、幀同步以及網(wǎng)同步。第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(6)差錯(cuò)控制編碼技術(shù)差錯(cuò)控制編碼/譯碼，屬信道編碼之范疇。信道編碼技術(shù)主要研究檢錯(cuò)、糾錯(cuò)碼概念及基本實(shí)現(xiàn)方法。第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(7)信道共享技術(shù)公共信道應(yīng)同時(shí)為多對(duì)用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，不能被某一對(duì)用戶獨(dú)占，這是提高線路利用率的有效方法。第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(8)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換又叫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接。這與電話系統(tǒng)的交換局一樣，因?yàn)槿我庖粚?duì)用戶都是用公共的網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)接是必然的，轉(zhuǎn)接技術(shù)直接影響了通信質(zhì)量和線路利用率。它與信道共享問題密切相關(guān)。第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(9)流量控制流量是計(jì)算機(jī)通信過程在網(wǎng)絡(luò)中的通信量。在網(wǎng)絡(luò)中通信鏈路的容量、交換結(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)和處理機(jī)等都是網(wǎng)絡(luò)資源。在某一段時(shí)間里，如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求超過了網(wǎng)絡(luò)所能提供的，則產(chǎn)生了擁塞，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的辦法是流量控制。第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)(10)尋址與路由選擇在互聯(lián)網(wǎng)中，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可能位于不同的子網(wǎng)上，此時(shí)的尋址問題最為復(fù)雜。要確定哪兩個(gè)子網(wǎng)上的哪兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信，還要確定這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上的哪兩個(gè)進(jìn)程通信。在單個(gè)子網(wǎng)上就不必尋網(wǎng)址了。尋址是計(jì)算機(jī)通信中最基本的問題。在網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信時(shí)，它們之間可能經(jīng)過許多轉(zhuǎn)接點(diǎn)和鏈路，也可能經(jīng)過許多通信子網(wǎng)，有許多路由，如何選擇其中一條，這就是路由選擇要解決的問題。第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)據(jù)通信的層次結(jié)構(gòu)交換系統(tǒng)高層接口進(jìn)程與尋址交換層路徑選擇流量控制信道共享與交換網(wǎng)絡(luò)尋址傳輸系統(tǒng)幀控與鏈路管理鏈路管理幀序檢測(cè)與控制幀流量控制接入與傳輸誤碼檢測(cè)與控制數(shù)據(jù)透明傳輸同步信號(hào)變換與編碼第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)信息傳輸速率Rb信息傳輸速率(或稱信息速率、比特率)指單位時(shí)間內(nèi)所傳送的信息量，單位是比特/秒(b/s，或bps)。碼元速率RB碼元速率又稱為調(diào)制速率，或波特率，是指單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的碼元數(shù)目，單位是波特(Baud)。

Rb=

RBlog2N(N為信號(hào)有效狀態(tài)數(shù))第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四誤碼率誤碼率是指碼元在傳輸系統(tǒng)出差錯(cuò)的概率。常用的誤碼率