《通信网络基础》课件

通信网络基础通信网络是现代社会运转的基础它通过连接世界各地的设备和人员实现信息的,,高效传输和共享本课程将深入探讨通信网络的基本概念、体系结构和关键技术,为学习后续的网络应用打下坚实的基础作者M M课程介绍课程概述课程目标本课程旨在全面介绍通信网络的学习本课程后学生将能够掌握通,基础知识和技术原理从通信网信网络的基础理论知识了解通信,络的发展历程、基础概念、系统系统的工作原理并能运用相关技,结构及关键技术等多个角度系统术解决实际问题,地讲解通信网络的基础知识教学内容包括通信网络的发展历程、信道特性、信号调制与编码、数字调制技术、信道编码技术、差错控制、多址接入、网络拓扑结构等内容通信网络发展历程电报时代世纪中期电报技术的发展开启了通信网络的新时代人类可以快速地进行长距离信息传输19,,电话时代世纪初电话技术的突破推动了通信网络的发展人们可以通过语音互动实现实时沟通20,,计算机网络时代世纪年代计算机网络的兴起带来了数字化时代信息传输快捷高效网络应用日益广泛2060,,,移动通信时代世纪年代后移动通信技术的突破让人们摆脱了有线网络的束缚实现了随时随地的通讯2080,,互联网时代世纪年代互联网技术的发展带来了信息爆炸式增长改变了人类的生活方式和工作模式2090,,通信基础概念信息的定义通信的定义12信息是通过各种物理媒体传输通信是使用某种信号或媒体在和存储的数据或知识它可用两个或多个位置之间交换信息于交流、决策和控制等目的的过程其目的是实现信息的传递和共享通信系统的构成通信网络的演变34通信系统主要由发送端、传输从电报、电话到互联网和移动介质和接收端三部分组成利用通信通信网络技术不断革新,,,各种技术手段实现信息的传递为人类生活带来了翻天覆地的变化通信系统基本结构系统组成发送端处理信道传输接收端处理通信系统通常由发送端、信道发送端主要包括信源、编码器、信号在信道中传输过程中会受接收端主要包括前端滤波、解和接收端三个基本部分组成调制器等部分负责将原始信息到各种干扰和噪声的影响需要调、解码等环节负责从接收的,,,发送端将信息转换为可传输的转换为适合信道传输的信号采取有效的传输技术来保证传信号中恢复出原始信息信号经过信道传输到接收端接输质量,,收端再将信号恢复为信息信道特性信号传播距离噪声与干扰信道带宽传播时延信号在传播过程中会随着距离各种噪声源和外部干扰会在信信道的带宽决定了系统可以传信号在传播过程中会产生一定的增加而衰减信道特性决定号传输过程中对信号产生影响输的最大信息速率不同类型的延迟信道特性决定了系统,了信号能够传播的最大距离降低信号质量信道特性决定的信道有不同的带宽特性可容忍的最大传播时延了系统能够容忍的噪声和干扰水平信号调制与编码模拟信号调制1将数字信号转换为连续时间信号数字信号调制2将数字信号编码为连续时间信号信源编码3压缩数据以减少传输需求信道编码4增强抗噪声能力和可靠性信号调制和编码是通信系统中的关键技术模拟信号调制将数字信号转换为连续时间信号数字信号调制则将数字信号编码为连续时间信号信源编,码通过数据压缩减少传输需求信道编码则提高抗噪声能力和可靠性这些技术确保了通信系统的高效和可靠运行,数字调制技术数字调制基础数字调制是将数字信号映射到连续波上的过程常见包括、和等技术这些技术,ASK FSKPSK能高效地传输数字信息并提高信号抗干扰性带宽利用率数字调制通过优化带宽利用率实现更高的信息传输速率和频谱效率这对于提高通信系统容,量和质量至关重要解调与检测接收端需要相应的解调技术如相干检波和非相干检波等用于从连续波中提取出原始数字信号,,这关乎通信系统的可靠性信道编码技术编码简介常用编码方式信道编码用于将原始数据转换为常见编码包括卷积编码、块编码、适合在信道中传输的格式这可低密度奇偶校验码等每种方式以提高信号抗干扰能力和传输可都有其独特的特点和应用场景靠性编码评价指标编码技术应用编码性能可以从编码率、差错纠信道编码广泛应用于无线通信、正能力、实现复杂度等多个角度光通信、存储系统等领域是提高,进行评估和比较通信系统可靠性的关键技术差错控制技术差错编码自动重传请求交织技术通过添加冗余位来检测和纠正传输过程中可接收端检测到错误时会请求发送端重新传将数据码元进行分散排列可以有效抑制突,,能发生的错误提高通信系统的可靠性输数据确保数据完整性发性错误提高抗干扰能力,,,多址接入技术时分多址接入频分多址接入12将通信时间划分成多个时间槽将可用频谱划分为多个频带每,,每个用户分配专属的时间槽收个用户被分配专属的频带进行发数据通信码分多址接入空分多址接入34每个用户使用唯一的编码序列通过不同的天线波束对应不同对数据进行编码实现共享同一的用户区域实现空间复用,,频谱和时间资源网络拓扑结构网络拓扑结构指网络设备之间的物理连接方式和逻辑位置关系常见的拓扑结构包括总线型、星型、环型、网状型等每种拓扑结构都有其优缺点需要根据具体应用场景进行选择,拓扑结构的选择会影响网络的可靠性、扩展性、成本等合理的网络拓扑可提高网络整体性能促进网络的高效运行,参考模型OSI七层架构分层设计标准化协议国际标准参考模型将通信系统划分模型的分层设计可以简化参考模型为每一层定义了模型由国际标准化组织OSI OSI OSIOSI为物理层、数据链路层、网络通信系统的实现和维护每层标准化协议确保不同厂商的制定是国际公认的通信,ISO,层、传输层、会话层、表示层负责特定的功能上下层之间设备和软件能够互联互通这系统参考框架广泛应用于各,,和应用层这七个层次每个层通过标准化的接口进行交互种标准化促进了通信技术的发种有线和无线通信网络次都有明确的功能和接口展参考模型TCP/IP分层架构参考模型包含四个层次物理层、网络层、传输层和应用层每一层都有相应的协议和TCP/IP:,功能端到端传输采用端到端的传输方式确保数据可靠性和完整性同时提供灵活的地址寻址和路由选TCP/IP,,择机制互联网协议协议是互联网的基础定义了数据包格式、寻址方案和路由算法适用于各种网络环境TCP/IP,,物理层技术光纤传输无线电传输通信设备利用光信号在光纤中的传播实现高速、大利用无线电波的特性实现远距离、多媒体物理层设备包括各种发送、接收、处理电磁,,容量、低功耗的数字通信光纤通信技术是的无线通信无线电技术是物理层的另一个信号的硬件如天线、放大器、调制器等确,,物理层的重要组成部分重要组成部分保信号在物理介质上的可靠传输数据链路层技术帧格式与封装流量控制数据链路层将上层传输的数据包采用滑动窗口等技术调节数据发封装成帧添加必要的头尾信息确送速率避免接收方缓冲区溢出,,,保数据完整性传输差错检测与纠正介质访问控制使用循环冗余检查等方法通过、等协议CRC CSMA/CD TDMA检测传输错误并通过自动重传等调度多个设备共享网络介质避免,,机制纠正错误冲突网络层技术协议路由与转发网络拥塞控制网络互联IP（互联网协议）是网络层的路由器是网络层的关键设备网络拥塞是网络层面临的重要网关设备可实现异构网络之间IP,核心协议为主机间提供互连负责根据目的地址查找最佳路问题拥塞控制技术如流量整的互联和信息交换网络层协,和寻址功能确保数据包能准径将数据包转发到下一跳形、延迟确认等可以有效缓议的兼容性和灵活性保证了,,,,确传输到目的主机协议包路由算法、路由表管理等技术解网络拥塞提高网络性能不同网络之间的互通性IP,括和两个版本满足确保数据高效、可靠地传输IPv4IPv6,日益增长的网络用户需求传输层技术连接管理数据传输传输层负责端到端的连接建立、维护提供可靠或不可靠的数据传输服务保,,和释放连接证数据完整性流量控制错误控制根据接收端的缓存情况调节发送速率检测和纠正传输过程中出现的差错保,,,避免网络拥塞证数据准确性应用层技术浏览器和服务器电子邮件Web12应用层技术涉及各种网络应用电子邮件是应用层的另一个关程序如浏览器和键技术提供了文字、图片、视,Web Web,服务器用于提供网页访问和网频等多媒体信息的传送,络传输即时通讯文件传输34应用层技术也包括即时通信应在应用层上还有各种文件传输用程序如聊天软件和视频会议协议如用于在网络上传,,,FTP,使用户能够实时交流输文件有线网络技术有线网络技术是通信网络发展的主要形式之一它依靠实体电缆或光纤作为传输介质能够提供稳定可靠的高速互联网连接从电话线到光纤有线网络技术不断,,追求更高的带宽和更低的延迟满足用户对高质量网络服务的需求,有线网络技术具有安全性高、干扰少、传输距离远等优势广泛应用于家庭、企,业及城市等领域的有线宽带接入、高速局域网等随着光纤到户等技术的发展,有线网络技术正不断提升用户体验无线网络技术无线网络技术是通过无线电磁波在空间中传播信号实现信息交换的技术主要包括、蓝牙、、移动通信等它们具Wi-Fi ZigBee有可动性、快速部署、覆盖广等优点广泛应用于家庭、办公、工,业等领域无线网络技术发展迅速正朝着更高速率、更大覆盖、更低功耗的,方向不断发展未来可期待物联网、等新兴技术的广泛应用推5G,动无线通信进入新时代蜂窝网络技术移动性支持蜂窝结构蜂窝网络能够提供持续稳定的通信服蜂窝网络由多个小型基站组成可提供,务无论用户是移动还是静止广泛的覆盖范围,频谱利用切换无缝蜂窝网络利用频谱复用技术提高了频当用户从一个蜂窝区域移动到另一个,谱利用效率区域时可实现无缝切换,卫星通信技术业务种类丰富可靠性强全球覆盖卫星通信可以提供广播电视、卫星通信系统具有较高的抗灾频谱利用率高卫星通信系统可以覆盖广泛的移动通信、互联网接入、远程能力和可靠性能够在自然灾,地理区域甚至是难以铺设地,卫星轨道上的通信信道可以重害或紧急情况下提供持续的通教育等多种业务,满足各种通面网络的偏远地区和海洋这复利用从而大大提高了频谱信服务成为应急通信的重要信需求,,种宽广的覆盖范围使其成为全使用效率这使其可以承载大平台球通信的重要基础量的语音、数据和视频通信业务宽带接入技术光纤宽带接入有线电视宽带宽带技术宽带接入xDSL5G利用光纤作为传输媒体的宽带利用有线电视网络提供宽带连采用数字用户线路技术第五代移动通信技术提供xDSL,5G接入技术可以提供高速稳定的接采用标准技术可以利用电话线提供宽带接入覆盖的宽带接入具有超高速、低时,,DOCSIS,,,互联网连接是未来发展的主流实现高速上网和视频点播等功范围广但速度相对有限延、大容量等特点是未来移动,,,方向能宽带的发展方向网络安全技术加密防护身份认证利用密码学技术对数据进行加密通过用户身份验证和授权管理确,,保护信息在网络传输过程中的安保只有经过授权的用户能够访问全性系统入侵检测漏洞修补部署入侵检测和防御系统实时监定期评估系统漏洞及时部署补丁,,控网络活动及时发现并阻止非法程序减少被黑客利用的可能性,,入侵行为云计算与技术5G云计算技术技术5G12云计算集中存储和处理数据提是下一代移动通信技术提,5G,供按需交付的计算资源基于供超高速传输、超低时延和海灵活弹性、按需分配的特点云量连接为移动互联网和物联网,,计算广泛应用于基础设施、带来新的机遇技术有望加IT5G大数据分析和人工智能等领域快云计算的部署和应用技术融合3云计算和的结合将推动边缘计算、物联网、等新兴应用的发5G AR/VR展为智慧城市、远程医疗等领域带来创新变革,物联网与智慧城市物联网技术智慧城市应用12物联网利用各种传感器和连接智慧城市将物联网技术应用于设备收集和共享海量数据为城市管理的各个领域如交通、,,,智慧城市建设提供技术支持电力、水利、环境监测等提高,城市运行效率城市大脑可持续发展34城市大脑通过整合各种数据可物联网和智慧城市有助于提高,以为城市管理者提供决策支持能源利用效率减少碳排放促,,,实现城市精细化管理进城市可持续发展通信网络发展趋势技术5G1高速、低延迟、大连接的特点物联网2海量设备互联，数据采集与分析人工智能3智能边缘计算和云端分析通信网络的发展正在经历重大变革技术的到来带来了高速、低延迟和大连接的新特性物联网使得海量设备互联成为可能并促进了5G,数据采集与智能分析人工智能则将赋予通信系统更强的感知和决策能力实现智慧化运营这些技术趋势正在重塑通信网络的未来,课程总结通信网络发展历程通信系统基本结构通信网络技术我们回顾了通信网络的发展历程从早期的我们深入学习了通信系统的基本结构包括课程介绍了从物理层到应用层的各种通信网,,有线电话到如今的、移动网络见证信源、信道、接收机等关键组成部分了解络技术涵盖有线网络、无线网络、蜂窝网4G5G,,,了通信技术的飞速进步了信号传输的基本原理络等为未来的网络发展奠定了基础,思考与交流通过课程的学习希望大家能对通信网络技术有更深入的理解和认识在此基础,上我们鼓励同学们进一步思考课程所涉及的热点问题并就相关内容展开交流讨,,论这不仅可以巩固所学知识还能启发我们对未来通信网络发展趋势的思考,让我们携手共同探讨通信技术的前沿动态为网络通信事业的发展贡献自己的力,量。