信息化導論 第講 通信與計算機網(wǎng)絡

1、信息化導論 第講 通信與計算機網(wǎng)絡第1頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1 常用通信工具人類文明源于人們之間的信息交流。在交流中，信息不斷聚變、繁衍，知識不斷增長、沉淀，社會不斷繁榮、發(fā)展。與此同時，人類也為了追求時空限制的突破，進行更快捷的交流，不斷研發(fā)新的通信技術。通信就是信息的傳輸、處理與交換過程。通信工具的發(fā)展和演變，反映了人類文明和社會進步的歷程。第2頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.1 自然方式通信第3頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.1 自然方式通信第4頁，共139頁，2022年，5

2、月20日，16點34分，星期一西安鐘樓巴黎圣母院：維克多.雨果：漂亮的吉普賽女人埃斯米蓮達和在巴黎圣母院里駝背的敲鐘人卡西莫多蘇州寒山寺第5頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.1 自然方式通信信號彈烽火臺又稱烽燧，俗稱烽堠、煙墩第6頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一雞鳴驛它是一個始建于元朝的驛站，中國古代的“郵政”事業(yè)、來往商人都要依賴的休憩之地。它是成吉思汗西征路上的“站赤”，為大汗的戰(zhàn)績立下了汗馬功勞。幾百年過去，在1913年，北洋政府“裁汰驛站，開辦郵政”的命令把它淘汰出歷史舞臺。如今，它是國內(nèi)現(xiàn)存最大、功能最齊全，保存最完好的古

3、代驛站。第7頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一跨越時間的通信廣西西南左江流域的寧明、龍洲等壯族聚居地區(qū)，已發(fā)現(xiàn)有多處花山崖壁畫，據(jù)有關專家統(tǒng)計所有花山崖壁畫的圖案超過個，其中人像就有多個，已有多年的歷史。 第8頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一跨越時間的通信楔形文字的指公元前年左右，由蘇美爾創(chuàng)造的一種文字。這種文字多刻寫在石頭和泥版上。筆劃呈楔狀，頗像釘頭或箭頭。古代西亞的阿卡得人、巴比倫人、亞述人、波斯人等，都曾使用過這種文字。第9頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一距今5000多年前，古埃及出現(xiàn)了象形文字，后來被歐

4、洲人稱作Hirpglyphe這是希臘語“神圣”與“銘刻”組成的復合詞，即“神的文字”。古埃及人認為他們的文字是月神、計算與學問之神圖特（Thoth）造的，和中國人“倉頡造字”的傳說很相似。第10頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一甲骨文字第11頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一 第12頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一在長期的自然方式通信中，人們渴望的通信方式：跨越時空可控遠距離一對多、多對多安全保密隨著科學與技術的進步，人們的這些愿望逐漸得以實現(xiàn)第13頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一19世

5、紀中葉以后，隨著電報、電話的發(fā)有，電磁波的發(fā)現(xiàn)，人類通信領域產(chǎn)生了根本性的巨大變革，實現(xiàn)了利用金屬導線來傳遞信息，甚至通過電磁波來進行無線通信，使神話中的“順風耳”、“千里眼”變成了現(xiàn)實。從此，人類的信息傳遞可以脫離常規(guī)的視聽覺方式，用電信號作為新的載體，同此帶來了一系列鐵技術革新，開始了人類通信的新時代。第14頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1864年，英國物理學家麥克斯韋（）建立了一套電磁理論，預言了電磁波的存在，說明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)，兩者都是以光速傳播的。5.1.2 電 報第15頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1888年，

6、德國青年物理學家海因里斯.赫茲（）用電波環(huán)進行了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)了電磁波的存在，他用實驗證明了麥克斯韋的電磁理論。這個實驗轟動了整個科學界，成為近代科學技術史上的一個重要里程碑，導致了無線電的誕生和電子技術的發(fā)展。第16頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一電磁波的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了巨大影響。不到6年的時間，俄國的波波夫、意大利的馬可尼分別發(fā)明了無線電報，實現(xiàn)了信息的無線電傳播，其他的無線電技術也如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。第17頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1901年12月，意大利發(fā)明家馬可尼（1874.4,25日）成功地用莫爾斯電碼傳輸無線電信號，首次

7、跨越了大西洋，距離遠達3200公里。此事一經(jīng)傳開即引起轟動，馬可尼一夜之間成為世界名人。一九三三年，馬可尼在中國第18頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1837年，美國人塞繆樂.莫爾斯（Samuel Morse）成功地研制出世界上第一臺電磁式電報機。他利用自己設計的電碼，可將信息轉(zhuǎn)換成一串或長或短的電脈沖傳向目的地，再轉(zhuǎn)換為原來的信息。1844年5月24日，莫樂斯在國會大廈聯(lián)邦最高法院會議廳進行了“用莫爾斯電碼”發(fā)出了人類歷史上的第一份電報，從而實現(xiàn)了長途電報通信。第19頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一電報如何傳輸信息呢？莫爾斯在筆記本上記

8、下了新的設計方案：“有火花出現(xiàn)可以看成是一種符號，沒有火花出現(xiàn)是另一種符號，沒有火花的時間長度又是一種符號。這三種符號組合起來可代表字母和數(shù)字，就可以通過導線來傳遞文字了?！庇谑?，一種點、劃和空白的組合來表示字母誕生了著名的“莫爾斯電報碼”終于在1937年誕生了。這是電信史上最早的編碼 第20頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一第21頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.3 電話第22頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 電話的發(fā)明1684年,英國科學家胡克就提出了遠距離傳送話音的建議。19世紀50年代，一批科學

9、家受電報發(fā)明的啟發(fā)，開始了用電傳送聲音的研究。 1796年，休斯提出了用話筒接力傳送語音信息的辦法。雖然這種想法不太切合實際，但他給這種通信方式起了一個一直沿用至今的名字telephone（中國人曾經(jīng)將之直譯為“德律鳳”，后來使用了意譯“電話”）。 1854年，法國人鮑薩爾按照電報機的原理設想了電話原理：將兩塊薄金屬片用電線相連，一方發(fā)出聲音時，金屬片振動，變成電，傳給對方。但是，這僅僅是一種設想 第23頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一有關電話發(fā)明的4個人美籍蘇格蘭人亞歷山大格雷厄姆貝爾 (Alexander Graham Bell，18471922）美國人艾利沙格

10、雷（Elisha Grey，August 2, 1835.8.2 ）托馬斯阿爾瓦愛迪生（Thomas Alva Edison，18471931）美籍意大利人安東尼奧梅烏奇（Antonio Meucci，18081889） 第24頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一第25頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一貝爾設想：如果人對著一塊鐵片說話，聲音將引起鐵片振動；若在鐵片后面放上一塊電磁鐵的話，鐵片的振動勢必在電磁鐵線圈中產(chǎn)生 時大時小的電流。這個波動電流沿電線傳向遠處，遠處的類似裝置上不就會發(fā)生同樣的振動，發(fā)出同樣的聲音。這個試驗在1875年6月2日

11、取得成功。1876年2月14日貝爾到美國專利局申請了電話專利權。然而，就在他提出申請兩小時之后，另一位美國發(fā)明家艾利沙格雷也申請了電話專利權。第26頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一格雷的設計原理與貝爾有所不同，是利用送話器內(nèi)部液體的電阻變化，而受話器則與貝爾的完全相同。但由于在具體時間上比貝爾晚一點（只晚了2個小時左右），最終敗訴。1876年3月7日，貝爾獲得發(fā)明電話專利，專利證號碼NO:174655。 第27頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1877年，愛迪生取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。同時，還有很多人對電話的工作方式進行了各種各樣的改進

12、。專利之爭錯綜復雜，直到1892年才算告一段落。造成這種局面的一個原因是，當時美國最大的西部聯(lián)合電報公司買下了格雷和愛迪生的專利權，與貝爾電話公司對抗。長時期專利之爭的結(jié)果是雙方達成一項協(xié)議，西部聯(lián)合電報公司完全承認貝爾的專利權，從此不再染指電話業(yè)，交換條件是17年之內(nèi)分享貝爾電話公司收入的20% 第28頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一不過，這件事并沒有最后了結(jié)。2002年6月16日，美國眾議院通過表決，推翻了貝爾發(fā)明電話的歷史，認定安東尼奧梅烏奇為電話的發(fā)明者，梅烏奇因而被稱為“電話之父”梅烏奇是一位貧窮的佛羅倫薩移民。19世紀30年代，他移居古巴。在研究用電擊法

13、治病的過程中，他發(fā)現(xiàn)聲音能以電脈沖的形式沿著銅線傳播。他在1850年移居紐約后繼續(xù)這項研究，并制作出電話的原型。1860年，他公開展示了這套裝置。當時紐約的意大利文報紙報道了這一消息。第29頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 電話網(wǎng)絡第30頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一我國長途電話網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為分級匯接網(wǎng)，長途電話網(wǎng)的等級分為五級，C1為大區(qū)交換中心，C2為省交換中心，C3為地區(qū)交換中心，C4為縣交換中心。到1992年底我國共有8個C1(北京、沈陽、天津、上海、南京、廣州、西安、成都)，有3個國際局(北京、上海和廣州)。本地電話網(wǎng)的網(wǎng)

14、路結(jié)構(gòu)一般設置匯接局(Tm)和端局(C5)兩個等級。Tm局可分為市話匯接局、效區(qū)匯接局、農(nóng)話匯接局等，C5稱五級交換中心，即本地電話網(wǎng)端局。 第31頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一3. 電話交換機 最早采用的是磁石式電話交換機(magneto telephone exchange)，接著出現(xiàn)了共電式電話交換機(common battery telephone exchange)， 這些都是人工交換機，必須由接線員(operator)來完成使用者電話間的接線和拆線。 第32頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 人工交換第33頁，共139頁，

15、2022年，5月20日，16點34分，星期一自動交換機是靠使用者發(fā)送號碼(被叫使用者的位址編號)進行自動選線的。世界上第一部自動交換機是1898年由美國人A.B.史端喬(Almon B.Strowger，圖5.13)發(fā)明的。阿爾蒙.B.史端喬本是美國堪薩斯一家殯儀館的老板。 第34頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1891年3月10日，史端喬獲得了發(fā)明“步進制電話交換機”的專利權。1892年11月3日，史端喬發(fā)明的步進制電話交換機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自動電話局。 第35頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2.

16、步進交換（史端喬交換機）當用戶撥號時，交換機內(nèi)相應的選擇器就隨著撥號時發(fā)出的脈沖電流一步一步地改變接續(xù)位置，將主叫和被叫用戶間的電話線路自動接通。這個脈沖使接線器中的電磁鐵吸動一次，接線器就向前動作一步。用戶撥號碼“2”，就發(fā)出兩個脈沖，使電磁鐵吸動兩次，接線器就向前動作兩步，由此類推。所以，這種交換機就叫做“步進制自動電話交換機”。第36頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一步進制交換機的替代產(chǎn)品是縱橫式交換機。1919年，瑞典的電話工程師帕爾姆格倫和貝塔蘭德發(fā)明了一種自動交換機，叫做“縱橫制交換機(crossbar telephone switching system

17、)”并申請了專利?！翱v橫制”名稱來自縱橫接線器的構(gòu)造。 第37頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一現(xiàn)代電話交換機是存儲程序控制電話交換機（stored program control telephone switching system，PBX），簡稱程控電話交換機，是利用電子計算機技術，用預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號電子交換機問世，它是世界上第一部開通使用的程控電話交換機。第38頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1950年 時分多路通信應用于電話系統(tǒng)1951年 直撥長途電話開通1956年 鋪設越洋通信

18、電纜 1969年 電視電話業(yè)務開通 20世紀70年代程控數(shù)字交換機、光纖通信系統(tǒng)投入使用20世紀90年代 蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信技術不斷涌現(xiàn)。1997年 68個國家簽定國際協(xié)定，互相開放電信市場第39頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.4 移動通信移動通信(Mobile communication)是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機等在移動狀態(tài)中的物體。 第40頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 移動通信的基本類型（1）蜂窩移動通信。蜂窩移動通信也稱小區(qū)制移動通信

19、。它把整個大范圍的服務區(qū)劃分成許多小區(qū)，每個小區(qū)設置一個基站（BS），負責本小區(qū)各個移動臺的聯(lián)絡與控制，各個基站通過移動交換中心（MSC）相互聯(lián)系，并與市話局（PSTN）連接。利用超短波電波傳播距離有限的特點，離開一定距離的小區(qū)可以重復使用頻率，使頻率資源可以充分利用。每個小區(qū)的用戶數(shù)在1000以上，全部覆蓋區(qū)的最終容量可達100萬用戶。第41頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一第42頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一表5.2 宏蜂窩與微蜂窩的區(qū)別表5.2 宏蜂窩與微蜂窩的區(qū)別比較內(nèi)容宏蜂窩技術微蜂窩技術覆蓋半徑1km25km30m300m基站

20、天線高度可以盡可能做得很高低于屋頂高度電波傳播形式傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區(qū)域主要沿著街道的視線進行，基本不存在“盲點”區(qū)域空間業(yè)務負荷由于空間業(yè)務負荷的不均勻分布會形成的業(yè)務繁忙區(qū)域的“熱點”區(qū)域基本不存在“熱點”區(qū)域傳輸功率傳輸功率高傳輸功率低安裝是否靈活安裝不太靈活安裝方便靈活第43頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（2）集群移動通信。集群移動通信也稱大區(qū)制移動通信。它的特點是只有一個基站，天線高度為幾十米至百余米，覆蓋半徑為30公里，發(fā)射機功率可高達200瓦。用戶數(shù)約為幾十至幾百，可以是車載臺，也可是以手持臺。它們可以與基站通信，也可通過基站與其它移動

21、臺及市話用戶通信，基站與市站有線網(wǎng)連接。 第44頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（3）衛(wèi)星移動通信。衛(wèi)星移動通信是利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號實現(xiàn)移動通信的系統(tǒng)。衛(wèi)星移動通信按照所運行的軌道一般可分為靜止軌道、中軌道（MEO）以及低軌道（LEO）等3類；按覆蓋區(qū)域可分為區(qū)域性衛(wèi)星移動通信和全球衛(wèi)星移動通信兩大類。全球衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)可實現(xiàn)區(qū)域性衛(wèi)星移動通信功能。 第45頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一對地靜止軌道是位于地球赤道平面上、距離地球的高度約為36 000km圓形軌道，并且衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同、運行周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間（24小

22、時）相等。因此，衛(wèi)星相對于地球是靜止的。在地球同步軌道上部署3顆通訊衛(wèi)星，即可實現(xiàn)除兩極外的全球通訊。第46頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一中軌道高度約為10 000km，代表性的中軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要有奧德賽和ICO系統(tǒng)。但這兩種系統(tǒng)均未能投入使用。第47頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一低軌道高度一般為5002 000km。由于軌道很低，因而帶來如下好處： 信號的路徑衰耗極小，信號時延極短。 衛(wèi)星研制周期短，費用低，能以“一箭多星”的方式發(fā)射。圖5.18 全球星通信系統(tǒng) 可做到真正的全球覆蓋。第48頁，共139頁，2022年，5月2

23、0日，16點34分，星期一全球星系統(tǒng)是由美國勞拉公司和高通公司于1991年發(fā)起創(chuàng)建的低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。如圖5.18所示，該系統(tǒng)由均勻分布在8個軌道面上的48顆衛(wèi)星組成，可在全球范圍(不包括南北極)內(nèi)向用戶提供“無逢隙”覆蓋的衛(wèi)星移動通信。全球星系統(tǒng)設計簡單，既沒有星間鏈路,也沒有星上處理和星上交換功能，僅僅作為地面蜂窩系統(tǒng)的延伸和補充,從而擴大了移動通信系統(tǒng)的覆蓋。 第49頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一作為信息超遠控制的遙控、遙測和遙感技術也是非常重要的技術。遙控是利用通信線路對遠處被控對象進行控制的一種技術，用于電氣事業(yè)、輸油管道、化學工業(yè)、軍事和航天事業(yè)；

24、遙測是將遠處需要測量的物理量如電壓、電流、氣壓、溫度、流量等變換成電量，利用通信線路傳送到觀察點的一種測量技術，用于氣象、軍事和航空航天業(yè)；遙感是一門綜合性的測量技術，在高空或遠處利用傳感器接收物體輻射的電磁波信息，經(jīng)過加工處理或能夠識別的圖像或電子計算機用的記錄磁帶，提示被測物體一性質(zhì)、形狀和變化動態(tài)，主要用于氣象、軍事和航空航天事業(yè)。第50頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（4）無繩電話。對于室內(nèi)外慢速移動的手持終端的通信，則采用小功率、通信距離近的、輕便的無繩電話機。它們可以經(jīng)過通信點與市話用戶進行單向或雙方向的通信。第51頁，共139頁，2022年，5月20日

25、，16點34分，星期一2. 手機制式 （1）GSM。GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運營者和制造廠家組成的標準化委員會設計出來的，它是在蜂窩系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而成。包括GSM900MHz、GSM1800MHz及GSM1900MHz等幾個頻段。GSM系統(tǒng)的主要特點是，防盜拷能力佳、網(wǎng)絡容量大、號碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機耗電量底等。 第52頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（2）CDMA。CDMA（Code Division Multiple Access，碼分多址）是在數(shù)字技術的分支擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的

26、無線通信技術。具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點，可以大量減少投資和降低運營成本。關于CDMA的原理，在第節(jié)中將有一個初步介紹。第53頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（3）3G。3G是第三代移動通信技術，是下一代移動通信系統(tǒng)的通稱。與現(xiàn)有的技術相比較而言，3G技術的主要優(yōu)點是能極大地增加系統(tǒng)容量、提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。此外利用在不同網(wǎng)絡間的無縫漫游技術，可將無線通信系統(tǒng)和Internet連接起來，從而可對移動終端用戶提供更多更高級的服務。第54頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.5

27、 電 視第55頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1920年美國無線電專家康拉德在匹茲堡建立了世界上第一家商業(yè)無線電廣播電臺，從此廣播事業(yè)在世界各地蓬勃發(fā)展，收音機成為人們了解時事新聞的方便途徑。1924年第一條短波通信線路在瑙恩和布宜諾斯艾利斯之間建立，1933年法國人克拉維爾建立了英法之間和第一第商用微波無線電線路，推動了無線電技術的進一步發(fā)展。第56頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一電磁波的發(fā)現(xiàn)也促使圖像傳播技術迅速發(fā)展起來。1922年16歲的美國中學生菲羅.法恩斯沃斯設計出第一幅電視傳真原理圖，1929年申請了發(fā)明專利，被裁定為發(fā)明電視

28、機的第一人第57頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 電視機的工作原理電視信號從點到面的順序取樣、傳送和復現(xiàn)是靠掃描來完成的。各國的電視掃描制式不盡相同，在中國是每秒25幀，每幀625行。每行從左到右掃描,每幀按隔行從上到下分奇數(shù)行、偶數(shù)行兩場掃完，用以減少閃爍感覺。掃描過程中傳送圖像信息。當掃描電子束從上一行正程結(jié)束返回到下一行起始點前的行逆程回掃線，以及每場從上到下掃完，回到上面的場逆程回掃線均應予以消隱。在行場消隱期間傳送行場同步信號，使收、發(fā)的掃描同步，以準確地重現(xiàn)原始圖像。 第58頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一3. 彩色電視國

29、際制式目前，世界上有13種電視體制，三大彩電制式，兼容后組合成30多個不同的電視制式。但它們都是基于如下3種制式而形成的。第59頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（1）NTSC（National Television System Committee，美國國家電視制式委員會）制式，簡稱為N制，也稱正交平衡調(diào)幅制。美國、加拿大、墨西哥等大部分美洲國家以及臺灣、日本、韓國、菲律賓等均采用這種制式。香港部份電視公司也采用NTSC制式廣播。（2）PAL（phase alternation line，相位逐行交變）制式，也稱正交平衡調(diào)幅逐行倒相制。中國、德國、英國、新加坡、澳大

30、利亞和其它一些西北歐國家采用這種制式。（3）SECAM（squential couleur mmoire，順序傳送彩色和存儲）制式，也稱行輪換調(diào)頻制。法國、前蘇聯(lián)和東歐一些國家采用這種制式。第60頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1928年美國西屋電器公司的茲沃爾金發(fā)明了光電顯像管，并同工程師范瓦斯合作，實現(xiàn)了電子掃描方式的電視發(fā)送和傳輸。1935年美國紐約帝國大廈設立了一座電視臺，次年就成功地把電視節(jié)目發(fā)送到70公里以外的地方。1938年茲沃爾金又制造出第一臺符合實用要求的電視攝像機。經(jīng)過人們的不斷探索和改進，1945年在三基色工作原理的基礎上美國無線電公司制成了世

31、界上第一臺全電子管彩色電視機。1946年，美國人羅斯.威瑪發(fā)明了高靈敏度攝像管，同年日本人八本教授解決了家用電視機接收天線問題，從此一些國家相繼建立了超短波轉(zhuǎn)播站，電視迅速普及開來。20世紀60年代 彩色電視問世。第61頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一圖像傳真也是一項重要的通信。自從1925年美國無線電公司研制出第一部實用的傳真機以后，傳真技術不斷革新。1972年以前，該技術主要用于新聞、出版、氣象和廣播行業(yè)；1972年至1980年間，傳真技術已完成從模擬向數(shù)字、從機械掃描向電子掃描、從低速向高速的轉(zhuǎn)變，除代替電報和用于傳送氣象圖、新聞稿、照片、衛(wèi)星云圖外，還在醫(yī)療

32、、圖書館管理、情報咨詢、金融數(shù)據(jù)、電子郵政等方面得到應用；1980年后，傳真技術向綜合處理終端設備過渡，除承擔通信任務外，它還具備圖像處理和數(shù)據(jù)處理的能力，成為綜合性處理終端。靜電復印機、磁性錄音機、雷達、激光器等等都是信息技術史上的重要發(fā)明。第62頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1957年 發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1958年 發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星1962年 發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，開通國際衛(wèi)星電話；第63頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.6 通信模型觀察通信的視角第64頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一從功能

33、組成的角度 第65頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一源站(Source)：源站設備產(chǎn)生傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，例如電話機和個人電腦。 發(fā)送器( Transmitter)：通常源系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)不會以它最初生成時的格式直接傳輸，而是通過一個發(fā)送器將這些信息轉(zhuǎn)化并編碼成為能夠在各種傳輸系統(tǒng)中進行傳輸?shù)碾姶判盘枴＠?，調(diào)制解調(diào)器從與之相連的設備上獲得一個數(shù)字比特流(比如從個人電腦上)，并將此比特流轉(zhuǎn)化成能夠在電話網(wǎng)上傳輸?shù)哪M信號。 傳輸系統(tǒng)(Transmission system)：它有可能是一根單獨的傳輸線，也可能是連接在源設備和目的設備之間的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)。接收器(Receiver)

34、：接收器接收來自傳輸系統(tǒng)的信號，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設備處理的信息。例如，調(diào)制解調(diào)器接收來自網(wǎng)絡或傳輸線路上的模擬信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流。 目的站Destination：目的站設備從接收養(yǎng)獲取傳送來的信息。 第66頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.1.7 計算機網(wǎng)絡計算機技術與通信技術的結(jié)合第67頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 計算機網(wǎng)絡的誕生第68頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一到計算機中心計算20世紀40年代，計算機問世。在此后的二、三十年間，基本的應用特點是：體積龐大、價值連城、無法共享、

35、應用率低、大部分時間要花費在路上。第69頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一多終端分時計算機系統(tǒng)第70頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一遠程終端 早期，使用 “終端通信線路計算機”結(jié)構(gòu)，由一臺主機與若干臺終端，通過通信裝置連接到電話系統(tǒng)組成，通信裝置是調(diào)制解調(diào)器，將計算機或終端發(fā)出的數(shù)字信號變換為可在電話交換系統(tǒng)中傳輸?shù)哪M信號，或進行相反變換。第71頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一 以后，為減輕主機負擔，用一臺計算機（稱前端處理機）專門負責與終端的通信工作；為提高線路利用率，降低成本，用低速線路把附近終端送來信息通

36、過集中器（Concentrator）先匯總，再用高速線路把匯總的信息送入主機去處理。第72頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一早在1951年，美國麻省理工學院林肯實驗室就開始為美國空軍設計稱為SAGE的自動化地面防空系統(tǒng)。該系統(tǒng)將17個防區(qū)內(nèi)的機場、雷達觀測站、高炮陣地、防空導彈和控制中心的兩臺計算機通過通信線路連接起來，由計算機對傳來的數(shù)據(jù)進行處理，指揮員據(jù)此做出決策。該系統(tǒng)最終于1963年建成，被認為是計算機和通信技術結(jié)合的先驅(qū)。第73頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一在20世紀50年代初，美國航空公司與IBM公司開始聯(lián)合研究計算機通信技術

37、應用于民用系統(tǒng)方面的技術，并于60年代初投入使用飛機訂票系統(tǒng)SABRE-I。該系統(tǒng)將遍布美國的2000多個售票終端聯(lián)到一個中央處理機上。第74頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1968年美國通用電氣公司投入運行了最大的商用數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡信息服務系統(tǒng)（GE Information Eervices），地理范圍從美國到加拿大、歐洲、澳大利亞和日本。由于地理范圍大，因此可以利用時差充分利用資源。第75頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一計算機主機互聯(lián)第76頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一網(wǎng)絡互聯(lián)第77頁，共139頁，2022

38、年，5月20日，16點34分，星期一在20世紀60年代，美國軍方為尋求將其所屬各軍方網(wǎng)絡互聯(lián)的方法，由國防部下屬的高級計劃研究署（Advanced Research Project Agent，簡稱ARPA）出資贊助把在洛杉磯的加利福尼亞州大學洛杉磯分校、加州大學圣巴巴拉分校、斯坦福大學、猶他州大學四所大學的4臺大型計算機通過專門的接口信號處理機(IMP)和專門的通信線路相互連接，以便這些學校之間可以互相共享資，并將之稱為ARPANET。1966年12月，羅伯茨開始全面負責ARPA網(wǎng)的籌建。1968年，一套完整的設計方案正式啟用。同年，首套ARPA網(wǎng)的硬件設備問世。1969年10月，羅伯茨完成

39、了首個數(shù)據(jù)包通過ARPA網(wǎng)由UCLA（加州大學洛杉磯分校）出發(fā)，經(jīng)過漫長的海岸線，完整無誤地抵達斯坦福大學的實驗。1969年12月，Internet的前身美國的ARPA網(wǎng)投入運行，它標志著計算機網(wǎng)絡的興起，并為后來的計算機網(wǎng)絡打下了堅實的基礎。第78頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1983年初，美國軍方正式將其所有軍事基地的各子網(wǎng)都聯(lián)到了ARPANET上。這標志著Internet的正式誕生。ARPANET實際上是一個網(wǎng)際網(wǎng)（internet work），當時的研究人員簡稱為internet，并用Internet這一稱呼來特指為研究建立的網(wǎng)絡原型。這一稱呼被沿襲至今。

40、Internet問世后，每年加入Internet的計算機成指數(shù)式增長。第79頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一計算機網(wǎng)絡全球互聯(lián)第80頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 計算機網(wǎng)絡的分類第81頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（1）按地域分 局域網(wǎng)指分布于一個部門、校園或一個建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡，其相距不超過十公里。通常是一個部門或者一個單位的網(wǎng)絡，由于僅限于局部區(qū)域，簡稱為局域網(wǎng)（Local Area Network ，簡寫為LAN ）。通常采用同軸電纜（細纜，已淘汰）或雙絞線為傳輸介質(zhì)，速率為10Mbps、100M

41、bps、1000Mbps幾種。 城域網(wǎng)范圍局限于幾十公里內(nèi)的城市區(qū)域，主要用于城市內(nèi)部的信息傳輸。主干網(wǎng)采用的傳輸介質(zhì)為光纖，速率為幾百Mbps至幾個Gbps，它可提供數(shù)據(jù)、語音和電視等的傳輸功能。由于主要采用的是局域網(wǎng)的技術，所以也可看作是一種局域網(wǎng)。 廣域網(wǎng)其覆蓋的地理范圍十分廣闊，可以跨越不同的國家或地區(qū)，采用的網(wǎng)絡技術較局域網(wǎng)復雜得多，其主干網(wǎng)的傳輸介質(zhì)多為光纖，速率從幾百Mbps到幾個Gbps。第82頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一（2）按拓撲結(jié)構(gòu)分第83頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一3. 計算機網(wǎng)絡的功能（1）信息服務。計算

42、機網(wǎng)絡可以實現(xiàn)計算機之間的數(shù)據(jù)通信，包括語音等多媒體通信。目前廣泛應用的基于計算機網(wǎng)絡的通信方式有：文件傳送（file transfer protocol, FTP）、電子郵件（E-Mail）、IP電話、萬維網(wǎng)（world wide web,WWW）、電子布告（bulletin board service,BBS）、網(wǎng)絡聊天等。與此同時，還提供信息處理和存儲等服務。（2）資源共享。資源包括計算機硬件資源、軟件資源和信息資源。“共享”是指可以互通有無和異地使用。例如，使用異地的大型計算機進行本地計算機無法進行的計算、從遠地的計算機上獲得自己計算機中沒有的文件信息等。（3）均衡負載，提高計算機系統(tǒng)

43、的可靠性。在計算機網(wǎng)絡中,各臺計算機間可以互為后備，可以將重要信息保存在不同計算機上，或為一臺計算機系統(tǒng)指定后備計算機。這樣，某臺計算機負荷過重，可以轉(zhuǎn)移到由比較空閑的計算機上進行，使負荷可以按照資源得到合理調(diào)整和配置；一旦某臺計算機出現(xiàn)故障，可以從后備計算機中獲得信息或得到工作支持，不僅使系統(tǒng)中的負荷均勻，還提高了計算機系統(tǒng)的可靠性。第84頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.2 通信關鍵技術第85頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.2.1 信號調(diào)制與編碼第86頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 模擬信號與數(shù)

44、字信號第87頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 數(shù)字信號的諧波分析和傳輸帶寬要求第88頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一3. 數(shù)字信號的模擬調(diào)制第89頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一4. 模擬信號的數(shù)字編碼脈沖編碼調(diào)制技術1937年，英國人里夫斯（A.H. Reeves）提出脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術，打開了人類進入數(shù)字通信的大門。其基本方法見第2.6節(jié)。第90頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5. 數(shù)字信號的數(shù)字編碼極性歸零攜帶時鐘第91頁，共139頁，2022年，5月20日，16點

45、34分，星期一第92頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.2.2 多路復用多路復用（MUX）源于拉丁語multi（許多）和plex（混合）。它是在一個物理信道上同時傳送多路信號或者說是把一個物理信道設法分成多個邏輯信道的技術，也是提高信道帶寬的技術。第93頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 頻分多路復用第94頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 時分多路復用第95頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一3. 光波分多路復用第96頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一4.

46、 碼分多路復 發(fā)1，發(fā)送該站的碼片序列的原碼； 發(fā)0，發(fā)送該站的碼片序列的反碼。第97頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.2.3 差錯控制第98頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1. 糾錯與檢錯碼第99頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 停等ARQ第100頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一3. 連續(xù)ARQ第101頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.2.4 流量控制滑動窗口協(xié)議第102頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一 窗口寬度的控制

47、是預先固定，還是可適當調(diào)整； 窗口位置的移動控制是整體移動，還是順次移動； 接收方的窗口寬度與發(fā)送方相同還是不同。滑動窗口協(xié)議不僅可以進行流量控制，也同時可以進行差錯控制。第103頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一5.2.5 分組交換1. 從電路交換到存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換2. 從報文交換到分組交換3. 虛電路服務和數(shù)據(jù)報服務第104頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一交換的概念在電話問世以后，人們發(fā)現(xiàn)，要把所有的電話都兩兩相連是不現(xiàn)實的。對于有N個電話的網(wǎng)絡，就需要N*(N1)/2對電話線，當N很大時，要建設這樣的網(wǎng)絡成本就太高了。于是人們研究出了電

48、話交換機，每一部電話都連接到交換機上，通過交換機之間的級聯(lián)把一方的信號發(fā)送到另一方的線路上。第105頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一電路交換把要通信的兩條線路（鏈路）直接聯(lián)通，使其可以傳輸電氣信號。它們都是空分的，用戶在打電話時要占用一對線路，也就是要占用一個空間位置，一直到打完電話為止。第106頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一電路交換與存儲交換4, 程控交換機程控電話交換機，全稱存儲程序控制電話交換機（stored program control telephone switching system），簡稱PBX，是利用電子計算機技術，

49、用預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號電子交換機問世，它是世界上第一部開通使用的程控電話交換機。通常分為空分程控電話交換機和時分程控電話交換機。前者是通過交叉點的連通，將某條線上的空隙話音信息，傳遞到另一條線上，在；后者是將時分復用線上的某一時隙話音信息，傳遞到另一時分復用線上。時分程控交換機按其傳遞的話音信號形式，又分為傳遞脈幅調(diào)制信號的模擬時分程控電話交換機和傳遞脈碼調(diào)制信號或增量調(diào)制信號的數(shù)字時分程控電話交換機。第107頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store And Forward Switchi

50、ng）要求交換機中必須有存儲器，當源端（接收端）有數(shù)據(jù)幀到達時，要先存儲，然后在合適的時機把數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到合適的發(fā)送端口。與電路交換相比，存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換的好處在于：（1）在通話的整個過程中，不需要固定地占用線路。（2）可以動態(tài)地選擇傳輸路徑。第108頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換可以分為報文交換和分組交換。分組交換時延較短，并且對緩沖區(qū)的要求統(tǒng)一，處理過程簡單；報文交換時延較長，并且因報文長短不一，對緩沖區(qū)的要求也不一致，導致處理過程復雜。第109頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一第110頁，共139頁，2022年，5月20日，1

51、6點34分，星期一第111頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一虛電路與數(shù)據(jù)報面向連接的傳輸無連接的傳輸?shù)?12頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一路由節(jié)點上的交換1. 路由節(jié)點路由節(jié)點是聯(lián)結(jié)不同網(wǎng)絡的節(jié)點。在路由節(jié)點上工作的設備是路由器。由于路由器處于幾個網(wǎng)絡的邊界，因此當數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)铰酚晒?jié)點時，路由器首先要判斷該數(shù)據(jù)分組的目的地是否與送來的節(jié)點在同一個網(wǎng)絡稱為本地：如果是，就本地提交；如果不是，就轉(zhuǎn)發(fā)出去。第113頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 路由表路由器可能聯(lián)結(jié)多個網(wǎng)絡，因此轉(zhuǎn)發(fā)時還要考慮哪一條路徑轉(zhuǎn)發(fā)出

52、去最佳。為此，每個路由器中都要維護一個路由表（Routing Table），供路由選擇時使用。路由表中記錄著任意數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點到目的節(jié)點在網(wǎng)絡中的可能路徑的詳細信息，包括：目的地址，下一站地址，下一站網(wǎng)絡接口號，距離等。以目的地址作為關鍵字，就可以從路由表中查出下一站路由器的地址以及它所在的接口。因此，路由表就成為路由器的中樞，它決定了每個數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)方向。所以路由表的建立和維護就成為路由器技術的關鍵。第114頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一第115頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一路由表的作用路由指示屏蔽一些幀黑名單、白名單第116頁，

53、共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一4.4 鏈路上的通信技術第117頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一4.4.1 傳輸介質(zhì)雙絞線 雙絞線是由相互絕緣的銅導線對組成，每一銅線對中，銅線互相纏繞。雙絞線對中的一跟用于信號傳輸，另外一根接地并吸收干擾。早期的雙絞線由兩對電線對組成。一組收數(shù)據(jù)，一組發(fā)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在通常把多對雙絞線對并在一起，第118頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一雙絞線可以分為屏蔽雙絞線（STP）和無屏蔽雙絞線（UTP）。第119頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一1991年美國電子工業(yè)協(xié)會

54、EIA和電信工業(yè)協(xié)會TIA聯(lián)合發(fā)布了一個雙絞線標準EIA/TIA568。1995年更新為EIA/TIA568A，規(guī)定了5個種類的UTP標準?，F(xiàn)在已經(jīng)到了7種。第120頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 光纖 光纖通信利用光導纖維（光纖）傳遞光脈沖進行通信。有光脈沖相當于1，沒有光脈沖相當于0。光纖是一種非常細的玻璃纖維，由纖芯和包層構(gòu)成。第121頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一光纖的纖芯具有比包層更高的折射率，因此當光脈沖的入射角大于某一臨界值時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象。光波在纖芯中不斷的發(fā)生全反射，從而光纖能夠在光纖中不斷傳播下去。這種光纖被成為多模光纖。若光纖的直徑減少到一個光波的波長，那么光波將在光纖中直線傳播，沒有全反射現(xiàn)象發(fā)生。這種光纖被成為單模光纖。第122頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一4.4.2 串行傳輸與并行傳輸?shù)?23頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一4.4.3 接收端與發(fā)送端的同步1. 位同步技術（1）傳遞時鐘信號（2）利用前導比特串初始化接收方時鐘第124頁，共139頁，2022年，5月20日，16點34分，星期一2. 同步傳輸基于位同步的幀同步第125頁，共139頁，2022年