数据通信的技术与应用.doc

题目：数据通信的技术与应用前言随着宽带 ISDN网的普及，社会正大步向全面信息化方向迈进，我国的通信事业也相应的得到了快速、持续、健康的发展，作为一个新型服务产业，数据通信也在逐步的带动整个国民经济增长，社会各部门、企业都已经把数据通信作为衡量企业市场竞争力的重要手段。多媒体的广泛推广、互联网的应用以及计算机进入大众家庭及其联网应用进程的逐步加快，极大地推动了数据通信专业的发展，由于它大大疏通了人们的通信渠道，为数据通信的发展开辟了广阔的前景，社会对数据通信业务也表现出极度旺盛的需求，随着通信行业的日益成熟，数据通信行业在如此多有益的背景下也表现出了极其强大的发展势头。 本课题对数据通信系统的组成及应用进行深入分析和讨论，重点阐述数据通信技术发展中存在的问题以及解决策略，并就现今数据通信技术的发展水平，对未来数据通信可能面对的形势及发展前景发表个人的看法和建议。1 数据通信概述1.1 数据通信技术简史数据通信是以一种新的通信方式在20世纪50年代初伴随着计算机技术的广泛普及发展起来的，它实现了电脑与电脑之间，电脑与数据终端之间的信息传递，大大疏通了人们的通信渠道，在全社会数字化的浪潮下，数据通信表现出了极其强大的发展势头。1948年，香农提出了信息论，建立了通信统计理论，为数据通信的产生提供了基础。1950年，时分多路通信开始应用于电话系统。这是一个具有开创意义的电话系统。1958年，美国通过数据通信建立了一个大型的数据通信系统，半自动地面防空系统应运而生，为数据通信发展拉开了序幕，从那时起，数据通信发起了一个快速发展的势头。20世纪60年代，随着彩色电视机的问世，数字传输理论与技术得到迅速发展，随后，美国建立了划时代意义的依靠数据通信实现计算机与计算机互连的计算机网络，随着计算机网络的发展，计算机之间的通信以及分布式处理渐渐地得到社会各界广泛的应用，在全社会数字化的浪潮下，社会各界对于数据通信业务的需求一直持续保持着旺盛的发展势头，数据通信进一步得到快速稳定的发展。20世纪70年代，一些公司开始陆续开发计算机网络体系结构，企业都已经开始把数据通信服务参与市场竞争的重要手段。20世纪80年代，个人计算机和计算机局域网的出现以及计算机进入单个家庭、学校、办公室及其联网和应用进程的加快，极大地推动了数据通信的发展，20世纪90年代，随着蜂窝电话系统的开通，以及各种无线通信和数据移动通信技术的迅速发展，数据通信迎来了全面的高峰时期。我国从20世纪60年代中期开始自己研制数据通信设备，并且在1970年在专用数据通信系统中开始了实际应用。虽然我国数据通信发展速度较快，但发展深度还不够，主要是外国先进的数据通信技术由于政府以及厂家的保守是我国的技术水平问题得不到有效解决，与数据通信有关的关键技术只能自主研发，但我国政府为了加强管理，将数据通信的信息技术进行普及教育和继续教育，把信息技术及其应用技术教育作为了科教兴国的重要内容，不仅为我国数据通信的发展开辟了广阔的前景，提供了源源不断的人才，并且我国在未来的发展战略目标上将数据通信的不断开拓创新作为其中一段重要环节，保持我国数据通信的持稳定持续发展。1.2 数据通信系统的构成数据通信系统的构成如图1-1所示。数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来,实现数据传输、交换、存储和处理的系统。数据终端（DTE）分为分组型数据终端（PT）和非分组型数据终端（NPT）。其中，分组式终端包括电脑，电话交换机（PABX），数码传真机，局域网（LAN），用户分组拆装设备（垫），用户分组交换机，智能用户电报（电传），可视图文数据终端接入设备（VAP）和其他特殊的数据终端设备。非类型终端包括电传数据终端，个人电脑的数据终端，可视图文数据终端和其他特殊数据终端。调制解调器(modem)包括调制器(MOdulator)和解调器(DEModulator)，调制器的主要作用就是个波形变换器，它把基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形；解调器的作用就是个波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。若识别不正确，则产生误码。在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。通信控制器主要用于管理计算机与数据终端相连接的所有通信线路。由数据终端设备输入的数据通过中央处理器来处理。图1-1 数据通信系统的构成根据信道上允许通过的信号的不同，可以分为模拟通信和数字通信两类通信方式。在它们之间，在一定条件下可以转换为彼此。因此，在取值的幅度上的差异是基于离散。模拟通信是采用频分复用实线多路通信以模拟信号的形式传递消息；数字通信则采用时分复用实线多路通信以数字信号的形式传递消息。 模拟通道可以对连续的模拟信号进行传输，DCE系统发送作为一个调制解调器（MODEM），可以将模拟信号和数字信号进行转换，计算机数据可以被发送，但必须在调制解调器匹配信道与原始数据。在数字信道中，DCE作为系统的数字适配器，实现信号码型与电平的转换并且对线路持续控制，能够传输取值离散的数字信号，当模拟信号加上某些设备后就可以构成数字信号，这种数字信道的传输距离不远，而且还要解决信道与计算机之间的接口问题，所以并不能直接传输。数据通信可分为同步通信和异步通信两大类：同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发送端发送连续的比特流；异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。 异步通信的通信开销较大，但接收端可使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。1.3 数据通信交换方式电路交换是一种直接的交交换，在两台计算机之间或数据终端之间进行通信时，通过一条线，一个专用物理信道进行传输，同时不允许其他计算机或电路与之建立连接。整个过程包括建立一个电路交换链路，走线和数据传输链路和释放三个阶段，数据传输的终端电路后终止电路连接。电路交换连接通常建立长期的时间，建立连接之后，物理路径完全是通信的双方当事人可以随时沟通，数据传输延迟非常小，没有障碍问题，但不能在同一时间内允许其他计算机或终端连接该电路。 报文交换是把计算机要发送的数据、目的地等相关信息结合在一起组成一个报文，完整地存储在交换机的存储器中（内存或外存），然后选择合适的链路在所需输出电路空闲时再将该组成的报文发往目的地需要接收该报文的计算机机或终端。这种方法不仅能够有效地存储和转发电路，以提高工作效率，并且可以实现不同速率和不同的协议，不同类型的终端的终端之间的相互通信，还可以以分组为单位进行多点数据通信来实现。报文交换便于设置代码检验和数据重发设施，具有十足的可靠性。同时可以提供多目标服务，并且允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先存储转换。实时消息交换差，不适合传输实时或交互服务的数据，而且长报文可能会造成很大的时延，当报文的全部信息都已存入缓冲区后，缓冲区的结点才能将他们分配到不同大小的缓冲区，否则可能到达目的节点后将是无序的，甚至是亏损现象或者重复。由于这种方式在网络传输过程中造成大量时延，因而在实际应用中报文交换主要用于传输一些网络时延较小的数据通信业务，不适用于对系统可靠性要求高的数据通信业务。分组交换也称包交换，是在报文交换的基础上，将报文分割成不同的分组，每个分组都加上一个连有接收地址和发送地址的标识的分组头，然后由交换机根据分组头地址，将他们转发至目的地。分组交换网也就是进行分组交换的通信网，在分组交换网中，不存在连接建立时延，具有路径选择的交换节点，可以有不同用户的分组同时传送，所以通信线路利用率较高，也减小了传输时间。帧中继设计思想非常简单，将X.25协议规定的网络节点之间、网络节点和用户设备之间每段链路上的数据差错重传控制推到网络边缘的终端来执行，网络只进行差错检查，从而简化了节点机之间的处理过程。四种交换技术的比较如图表1-1所示表1-1 四种交换技术的比较交换方式项 目电路交换报文交换分组交换帧中续接续时间较长较短较短较短传输延时短长短短传输可靠性较高较高高高过载反应拒绝接受呼叫节点延时增长采用流控技术采用流控技术线路利用率低高高高实时性业务适用不适用适用适用实现费用较低较高较高较小传输带宽固定带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽2 数据通信的工作原理2.1 数字数据网（）数字数据网（digital data network，DDN）是基于数字传输网而发展起来的一种新兴网络，它主要是以光缆为主要传输介质，使用数字电路来提供永久半永久性连接电路，为客户提供专用的数字数据传输通道，以不同的速率并利用透明的方式传输的数据业务，为用户建立自己的数据网提供了条件。其中主要设备是智能数字交叉连接设备（ DXC ） 。传统的交叉连接通过他的周期长、准确性差及设备庞大在建立连接过程中起着核心的作用。一个数字数据网主要由四部分组成本地传输系统, 交叉连接和复用系统, 局间传输及同步时钟系统, 网路管理系统。具有传输速率高、传输质量高、网络时延小、全透明传输、灵活的连接方式、电路可靠性高、协议简单和网络运行管理简便等优点。数字数据网的机构如图2-1 图2-1 数字数据网的工作原理为了方便用户用它来组织自己的计算机通信网，数字数据网可为用户提供点对点、点对多点的中、高速电路，同时也可以用来传输压缩的数字话音或传真信号，具有传输速率高、传输质量高、网络时延小、全透明传输、灵活的连接方式、电路可靠性高、协议简单和网络运行管理简便等优点。在一个当今电信网络（现有电话网、分组交换网）中，都有仿真组件存在，需要大量的模拟数字转换、调制和解调装置。2.2 分组交换网分组交换数据通信网络的基本网络，基于该建议的CCITT X. 25 ，它也被称为X.25网络，由用户发送一定长度的数据段，并且每个数据都是添加控制信息的报文段，构成了带有地址的分组组合群体，在互联网上传输。分组交换数据网包括分组数据网络交换机，网络管理中心，远程集中器，分组拆装设备和传输设备和其他部件。 PS分组交换器是用来存储数据并转发。 DTE的分组包括用户终端和非终端。从低速数据终端一起，通过高速电路送到偏远地区的远程数据集中器。网管中心NMC主要用于网络管理，监控和操作记录; PAD设备可用于访问非X.25分组的网络设备，并且可以实现缓冲，包装和拆包三大功能。图2-2 分组交换网的结构基本业务包括交换虚电路（ SVC）和永久虚电路（ PVC）两种。 SVC电话电路，即先建立两个数据终端电路（即虚电路）与调用程序进行通信，然后发送数据，最后去除的VC通讯程序并拆线。PVC作为专门用作在两个终端应用程序的逻辑连接期间提供永久合同的分组网络中，没有呼叫建立和断开连接的过程中，数据传输阶段与SVC相同2.3 帧中继网FR设计思想是非常简单的，在X.25协议中指定的节点之间的网络中，网络节点和用户设备的控制终端之间的链路上的数据差错重传推到网络的边缘来执行，仅存在网络错误检查，由此也简化了节点之间的处理。2.3 帧中继网帧中继设计思想非常简单，将X.25协议规定的网络节点之间、网络节点和用户设备之间每段链路上的数据差错重传控制推到网络边缘的终端来执行，网络只进行差错检查，从而简化了节点机之间的处理过程。图2-3 帧中继网的结构帧中继网的特点:1.效率高：帧中继在OSI的数据传输只能完成物理层和链路层核心层，简化了机器之间的进程节点，智能终端设备将数据发送到链链路层，并在框架结构中，以帧为单位发送的信息，该网络不能进行纠错、重传和未经确认的流量控制，每个开关可直接通过。2.经济：使用帧中继统计多路复用技术（即宽带DAMA）提供共享网络资源给客户端，每一行中，信息通过网络端口的流量可以由多个数据终端共享，因为该帧中继之间的协议节点简化了处理，留给客户更多的带宽的数据，客户不仅可以使用的带宽服务已经排定，丰富的网络资源，网络带宽，让客户使用在紧急情况下的非预定的数据。 3.可靠：帧中继优异的传输质量可以保证的网络传输过程中不容易出错，同时应用PVC的管理和拥塞管理以确保自身的可靠性，智能终端和交换机可以清楚地了解网络的运行，若PVC发生拥塞或已删除，帧中继拒绝对其发送数据，避免丢失信息，以保证网络质量。4.灵活：帧中继协议简单，可以使系统的硬件和软件的升级方式同时进行，操作简单灵活。在用户接入方面，帧中继网络可以提供各种公共网络传输能力，和透明的高级别协议的业务类型，客户不必担心不兼容的协议，很多厂家的路由器支持帧中继UNI协议，以促进客户访问。3 数据通信的应用3.1 数字数据电路（）的应用随着计算机通信技术的广泛普及和有线数据通信的飞速发展，数字数据电路（ DDN ）得到了社会各领域的广泛应用，它不仅能建立一个广大用户共同使用的的数字数据通信网络，为客户提供及时可靠的计算机网络，实现局域网的互连，也可以为客户提供用户建立自己的数字数据传输网络。专用电路业务中最为典型的基本业务就是DDN能为广大用户提供点对点的DDN专线，公用电话交换网中的电话专线是固定的物理连接，而DDN专线是非固定的，并且电话专线的连接只是一个模拟通道，不仅质量差，而且带宽窄，没有一个完善的网络管理体系。 DDN专线连接是半永久性连接，数字信道道品质高，带宽大，拥有更好的网络管理系统，并且DDN专线连接通道的数据传输速率、路由和网络协议可随着不同用户的通信要求和通信质量的不同在任何时间根据需要申请改变。DDN的应用范围有：1.数据传输信道：DDN可为公用数据交换网、各种专用网、无线寻呼系统、可视图文系统、高速数据传真、会议电视、ISDN、邮政储汇计算机网络等提供中继或用户的数据通信信道，让大用户组建自己专用的数字数据传输网。2.网间连接： DDN可为帧中继、虚拟专用网、LAN以及不同类型的网络互连提供网间连接。3.证券公司通常租用DDN专线实现与证券交易中心的联网，通过DDN网发布证券行情。银行一般租用 DDN线路将银行的自动提款机（ATM）连接到银行系统主机，把全国各个营业点的ATM机进行连网。在用户提款所有的工作都是通过由银行主机来完成，如此就构成了一个安全、高效的信息传输网络。3.2 分组交换网的应用分组交换网络可以用来提供永久虚电路（ PVC）和交换虚电路（ SVC）和其他业务。使用通信平台的分组交换网络也可以开发和提供一些增值数据服务：1.电子邮件服务：电子邮件系统也被称为电子邮件。这是一种以存储_转发的通信方式进行信息交换。通过在该用户的分组交换网络平台上，把需发送的信息以电子邮件的形式发送到需要接受信息用户的电子邮箱，并通知接收电子信箱的用户。2.两个子数据交换业务：电子数据交换（EDI ）的电子文件代替纸质文件，从传统的多点接触变为网络信息传递。 EDI技术是未来商业发展的一个极其重要的工具，目前在国内外已被广泛使用。3.传真存储转发业务：传真存储转发是结合计算机和通信技术构建的智能传真网络。以传真交换机为核心的计算机存储转发技术来实现用户所需要的各种新的服务项目。4.可视图文业务：可视图文业务是一种利用现有公用电信网络开发出来的新型、公用、开放式的信息服务系统。可视图文的业务类型主要有公用数据库业务和专用数据库业务等。3.3 帧中继技术的应用帧中继业务应用十分广泛，可用于块交互数据，实现高分辨率图形数据传输；文件传输，多用于传送长文件，利用帧中继的复用能力支持多个低速率复用；字符交互，以短帧、短时延和低流量的特点用于文字编辑和互连局域网。帧中继广域网技术适用于高速数据接入和数据传输，是一种ISDN的承载业务，主要用于高速局域网连接和大型机环境作为数据输入的宽带网络，以宽带ATM交换过渡。帧中继业务被广泛使用，可以用来阻断交互数据以及实现高分辨率图形的数据传输和文件传输。使用帧中继复用能力，以支持多个低速率的复用长文件传输多，在短帧设有短延时和低流量时可进行文本编辑和互连局域网。帧中继通过使用网桥和路由器互连局域网是相对有效的。1.局域网互连：通过使用帧中继的网桥和路由器实现与局域网的互连是特别有效的。 帧中继“流水线”的特点特别适用于帧中继协议的数据突发以及高速LAN的数据处理。当局域网数据帧转发，我们需要一个可变长度的帧格式，并尽量减少转换处理软件，这是帧中继功能。占比超过90 的用户已经建成帧中继网络与局域网络互联，因为帧中继适合于局域网内的用户发送大量的数据。2.图像传输：帧中继网络提供了图像传输的业务图表，这些消息通常发送给占用了大量的带宽的用户，具有高速、低延时、带宽动态分配，且成本低的帧中继网络，它适合于这样的图像信息的传输，从而，用于诸如远程医疗诊断等可以在所使用的帧中继网络将得以实现。3.虚拟专用网络：帧中继网络可以是网络节点分成若干个分区，并设置相对独立的监管机构，该地区的数据流和各种资源来独立管理。该区域中的每个节点的共享区域的网络资源相对独立的分区间，这种分区结构是一个虚拟专用网络。虚拟专用网络通过专用网络建立的实际成本效益，特别是大型企业用户。4 展望未来 数据通信技术未来的应用有以下几大趋势：首先，数据通信在全国各个领域无缝的网络覆盖。数据通信已经渗透到社会生活的各个方面，应用范围也日益广泛。第二，宽带、光纤通信是未来发展的必然趋势，窄带、低速的网络将逐渐被宽带网络所取代。从最早电话网上的几KB每秒到现在的帧中继可提供的1.544MB每秒，数据通信的传输速率一直在飞速提升，向高速、宽带化迈进。第三，融合趋势明显加快。数据通信网正在从传统的电话网向数据业务多样化的网络方向发展。网络的综合化将更加适合广大用户的需求。作为一个新型服务产业,数据通信也在逐步的带动整个国民经济增长、科学技术的飞速发展以及高校队伍建设等方面都有显著的成就。所以,在数据通信未来发展的战略目标上要不断与时俱进、开拓创新,不断完善我国数据通信的持续、健康发展。通信行业未来的中心应该是满足客户的各种媒体渠道需求的最佳模式。你可以简单地理解我们如何建立一个操作模式，在这种模式下，我们能够利用媒体曝光模式中的各种特性的优势，为客户提供最优质的服务。最好的服务主要体现在：速度快、成本低。根据客户特点，随时随地、稳定可靠的提供服务。从目前来看，中国通信业市场的竞争将日趋激烈，国内产业的生存和发展面临着前所未有的压力，竞争将淘汰落后，积极的提高企业管理水平和技术水平并且把握市场的企业才能脱颖而出。如：如何充分利用客户的渠道偏好，为不同的客户提供不同的服务方式；如何在客户处于不同场合时，客户可以通过不同的方式得到服务，在方便上网时可以通过互联网得到服务，在电话方便时可以通过电话得到服务，在不便讲话时可以通过短信得到服务等。因此，在这种运作模式中，我们要考虑客户偏好、产品特性、客户所处的状态和服务渠道的匹配程度，从而为客户提高最优的服务。参考文献1 陈飞浅谈数据通信及其应用J科技信息（科学教研）2007，26，362 柏耀栋数据通信技术的构成原理与未来发展应用趋势J数字技术与应用2010（10）3 季福坤.数据通信与计算机网络技术M.中国水利水电出版社, 2003. 234 李颖,王自胜.现代通信技术M.人民邮电出版社, 2005. 475 陈光军.数据通信技术与应用M.北京邮电大学出版社, 2006. 8136 刘富强.数字视频信息处理与传输教程M.北京:机械工业出版社,2004. 6107 时新华等.网络与现代通信技术基础M.北京:人民邮电出版社,2002. 7138 白洁.数据通信原理M.北京:人民日报出版社,2005. 13209 杨明福.计算机网络技术M.北京:经济科学出版社, 2005.10 毕方. 浅析无线通信技术的发展现状及趋势. 科技信息,2010(01). 79附 录原文：The NSA wants to use its quantum computer to break encryption used to protect online communicationWilliam Sydney PorterThe US National Security Agency is building a quantum computer to break the encryption that keeps messages secure, reports the Washington Post.The NSA project came to light in documents passed to the newspaper by whistle-blower Edward Snowden. The spying agency hopes to harness the special qualities of quantum computers to speed up its code-cracking efforts.The NSA is believed to have spent about $80m (49m) on the project but it has yet to produce a working machine.If the NSA managed to develop a working quantum computer it would be put to work breaking encryption systems used online and by foreign governments to keep official messages secure, suggest the documents excerpted in the Post.The quantum computer is being developed under a research programme called Penetrating Hard Targets and is believed to be conducted out of a lab in Maryland.Processing powerMany research groups around the world are pursuing the goal of creating a working quantum computer but those developed so far have not been able to run the algorithms required to break contemporary encryption systems.Current computers attempt to crack encryption via many different means but they are limited to generating possible keys to unscramble data one at a time. Using big computers can speed this up but the huge numbers used as keys to lock away data limits the usefulness of this approach.By contrast, quantum computers exploit properties of matter that, under certain conditions, mean the machine can carry out lots and lots of calculations simultaneously. This makes it practical to try all the possible keys protecting a particular message or stream of data.The hard part of creating a working quantum computer is keeping enough of its constituent computational elements, called qubits, stable so they can int