通信与网络技术

第四节　通信与网络技术

成功与失败的分水岭，可以用这五个字来表达——我没有时间。

——富兰克林（美国）

广义上讲，各种信息的传递就是通信。如古代传递敌情的烽火台、广播、电视、书籍、报纸等。而以电流或电磁波作为载体的通信称为电信。由于光波也是一种电磁波，所以也被列入电信范畴之内。

信息资源对竞争异常激烈的今天显得十分重要，现代通信技术内部大量使用了计算机技术，大大加快了通信的发展速度，使得通信能为广大用户提供种类更多和质量更好的服务。现代通信技术和计算机技术相结合，产生了现代的计算机网络技术。从根本上改变了信息科技的结构，使信息的传递不受时空的限制。先进的通信、网络系统和信息本身的数字化成为现代信息的最主要特征。

（一）通信系统

通信系统分有线通信和无线通信。有线通信中发展最快的是光纤通信。无线通信系统中处于发展前沿的是微波接力通信和卫星通信系统、光纤通信系统、移动通信系统等。

（1）微波接力通信和卫星通信

微波接力通信，也称微波中继通信，是使用波长为1厘米到1米范围的微波，依靠中继站接力传输、实现微波信号的远距离无线电通信。实际上就是利用人造卫星作中继站，把卫星地面站发送到卫星上的信号，经过放大，频率变换及其他信息处理后，再发回其他的地面站接收。

图8-13　通信卫星

卫星通信系统必须采用微波频段，因为地面站发送到卫星的电磁波信号必须穿透大气层，特别是电离层。电离层对一般电磁波是反射的，因此只有微波中的某些频段具有穿透电离层的能力才能实现地面与卫星间的通信任务。卫星绕地球同步旋转时，卫星相对于地面处于静止状态。这种利用静止卫星作为中继站的通信系统，叫做“静止卫星通信系统”，根据计算，卫星在离地面35786千米高的赤道平面上做圆周运动时，可俯视地球1/3的面积，因此只需要三颗在同步轨道等距离的三颗“静止”卫星，即可实现全球通信。与光缆通信相比，数字微波接力通信与卫星通信具有通信距离远，覆盖范围广，通信容量大等优点，更适合于地形复杂地区应用，如多山地区、沼泽地区、与陆地之间隔着浅海的岛屿地区等。在这些地区是难以铺设光缆的。数字微波也适合于人口稀少、业务量低且增长慢的地区。各发达国家都很重视数字微波通信的发展，积极利用数字微波系统建设通信网。

（2）光纤通信系统

光纤通信是利用光波作为载波，在光导纤维中传输光信号的通信方式，是20世纪70年代发展起来的一种新的通信方式。光作为一种电磁波比微波的频率要高千万倍，因此，其通信容量是惊人的，从无线电波到光波，是通信领域里的一个飞跃。根据理论估算，一根比头发丝还细的光纤可以传送100万路高质量的电视节目，或者100亿路电话。

光纤是由超纯石英玻璃制成的，用光缆代替电缆可节约大量铜、铝等金属材料。用来制造光导纤维的主要原料是硅（Si），而地球上硅的含量远比铜、铅丰富。另外，光导纤维还具有重量轻、抗腐蚀、抗辐射、抗电磁干扰等优点。目前，随着光纤生产技术不断提高，产量增加，价格不断下降。光纤通信已在世界各国被广泛使用。现在，光纤通信系统正向长中距离、超大容量、高速数据传输和宽带信息传输等方向发展，这将给信息时代的人们的工作、学习和生活带来极大的方便，对人类社会的信息传输带来无法估量的影响。

图8-14　移动通信手机

（3）移动通信系统

移动通信是处于移动状态的对象之间的通信。可以满足人在移动时仍需交换信息的要求，大大提高了工作效率和生产效率。在可实施的移动区域内，划分直径约为10千米的区域，每区设一基站，作为此区无线电用户的集中器。数以百计的区形成蜂窝结构，构成一个移动电话交换局。通信时，移动电话用户经过基站、控制交换中心同市话局连接，就能实现移动用户和市话用户之间的通信。这样就构成有线、无线相结合的公用移动通信系统。移动通信的终端——无线电话，可以放在口袋里，可以随时随地进行通信联系。

（二）计算机网络

（1）网络资源共享

地理位置不同且具有独立功能的多个计算机系统，在网络协议控制下，通过通信设备和线路实现相互之间的连接，并通过网络操作系统或其他软件实现资源共享的系统。在逻辑上，可以把计算机网络看成由通信子网和资源子网两部分构成，将负责通信任务的计算机全部连接起来，就构成了一个通信子网，用以提供网络的通信功能；将负责信息资源处理的计算机连接到通信子网的通信计算机上去，就构成了资源子网，专门负责管理资源，提供资源的服务。

（2）计算机网络的分类

第一，根据地理范围分类：有局域网（几公里范围内）、城域网（几十公里范围内）、广域网（几百至几千公里的范围）和全球网（全世界范围内）。从广义上讲，城域网和全球网也属于广域网的范畴，因特网是一个全球性的广域网，也称“国际互联网”，万维网是它的一个子网。

第二，网络拓扑结构是指网络中计算机之间物理连接的方式，较常见的拓扑结构有星形结构、总线结构、环形结构、网状结构和树形结构。

①星形结构：主要特点是集中式控制，以一台中央交换控制机为中心，其他主机等设备都连接到该中央交换控制机上，而中央交换控制机的主要任务是交换和控制，使网上的信息得以传输。

②总线结构：网上所有的主机等设备都连接在一条公共的传输信道——总线上，一般用于局域网中。

图8-15　中华骨髓库计算机网络结构图

③树形结构：它是从总线结构演变而成的，形状像一棵倒置的树，从顶端的根向下分支，每个分支可以延伸多个分支，一直到最后的终端设备，便是树叶。这种结构易于扩展，每个分支很容易延伸成为多个分支，新的结点也很容易连入网络，故障也比较容易排除。树形结构一般用于广域网中。

④环形结构：每台计算机与左右两台计算机连接，并头尾相连构成环状，就组成了环形结构的网络。在环形结构中，两个相邻的主机之间有一条直接的点对点的通信线路。

⑤网状结构：也叫分布式结构，这种网络没有主控制点，控制功能分散在网络的各个节点上。网上的每个节点都可以有多条路径与网上的其他节点相连。这种结构主要用于广域网和全球网。

第三，根据传输介质分类。有线传输介质，如同轴电缆、双胶线、光缆等；无线传输介质，如长波、微波、卫星通信、激光等。

（三）信息高速公路

1992年，当时的参议员、美国副总统戈尔提出美国信息高速公路法案。1993年9月，美国政府宣布实施一项新的高科技计划——“国家信息基础设施”（National　Information　Infrastructure，简称NII），旨在以因特网为雏形，兴建信息时代的高速公路——“信息高速公路”，使所有的美国人方便地共享海量的信息资源。

信息高速公路旨在建立一个能提供超量信息的，由通信网络、多媒体联机数据库以及网络计算机组成的一体化高速网络，向人们提供图、文、声、像信息的快速传输服务，并实现信息资源的高度共享。

紧随美国的信息高速公路计划之后，欧盟、加拿大、俄罗斯、日本等纷纷效仿，相继提出各自的信息高速公路计划，投入巨资实施国家的信息基础设施建设，一场建设信息高速公路的热潮在世界范围内涌动。

信息高速公路之“路”，是由光导纤维组成的光缆。一根细如头发丝的单股光纤，它所能传送的信息要比普通铜线高出25万倍；一根由32条光纤组成的、直径不到1.3厘米的光缆，可以同时传送50万路电话和5000个频道的电视节目。举个例子来说，一套32卷的《大不列颠百科全书》，用普通计算机网络传输，约需13个小时，而通过以光纤为骨干的信息高速公路，仅需4.7秒！

信息高速公路上行驶之“车”，是巨量的多媒体信息，包括电话通信的话音信息、计算机通信的数据信息、高清晰度电视和电影等的图像、视频信息。如此大的信息量，只有宽带的信息高速公路才能承载得了，用现在的网络传输必定会出现“网络塞车”。

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【思考题】

1.现代的通信系统主要有哪些？什么是卫星通信系统？其特点是什么？

2.什么是网络拓扑结构？常见的类型有哪些？