信息技术6.pptx

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1、第六章第六章 通信与网络技术通信与网络技术现代通信与互联网络作为现代信息社会最根本的基础设施，是促现代通信与互联网络作为现代信息社会最根本的基础设施，是促进人类物质文明与精神文明快速进步的重要科技条件。现代通信进人类物质文明与精神文明快速进步的重要科技条件。现代通信与网络技术的飞速发展，特别是互联网的广泛渗透及普及，极大与网络技术的飞速发展，特别是互联网的广泛渗透及普及，极大地提高了人们对信息快速获取、处理与利用的水平与效率，极大地提高了人们对信息快速获取、处理与利用的水平与效率，极大地丰富了网络与通信技术及其应用的内涵，深刻地改变着人类社地丰富了网络与通信技术及其应用的内涵，深刻地改变着人类

2、社会政治、经济、军事以及人们生产、学习和生活的方方面面。会政治、经济、军事以及人们生产、学习和生活的方方面面。6.1 通信技术的发展6.1.1 信息的传递方式信息传递过程中，信息的多少如何衡量，是至关重要的。通常将信息的多少称为信息量。1948年CE香农在信息论中，对信息量作了如下定义。信息量是关于信息、选择和不确定性的度量，通常用信息熵进行定义。即，假设一个试验有几个可能的结果A1，A2，A3，An，分别具有概率P1，P2，P3，Pn满足条件：则信息熵定义为6.1.2 通信技术的发展 1.电报的发明电报的发明2.电话的发明电话的发明3.电磁波的发现电磁波的发现4.微波通信微波通信-无线电通信

3、的发明无线电通信的发明无线电通信电报的发明电话的发明5人类通信发展的里程碑人类通信发展的里程碑1906年，德福雷斯特发明了真空三极管放大器；1925年，英国发明家贝尔德在前人研究的基础上终于制成了世界上第一台有实用价值的电视机；1938年，电视广播开播；1941年，阿塔纳索夫在爱荷华州立大学发明数字计算机；1947年，贝尔实验室的莱斯给出了噪声的统计描述；1948年，贝尔实验室向公众展示了用以取代真空管的晶体管；1948年，香农发表了信息论。著名的香农公式为：其中：C为信道容量；B为信号带宽；为信号与噪声的功率之比。6.无线寻呼机的发明无线寻呼机的发明7.蜂窝电话的发明蜂窝电话的发明8.GSM

4、无线电的发明无线电的发明蜂窝无线电9.移动通信的发展轨迹移动通信的发展轨迹第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于20世纪80年代。其容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高，不能提供数据业务，以及不能提供自动漫游等。第二代手机通信技术（2G）以数字语音传输技术为核心。一般无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。第三代移动通信技术（3G）是在第二代移动通信技术基础上发展以宽带CDMA技术为主，并能同时提供语音和数据业务的移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的先进的移动通信系统

5、。其目标是提供包括语音、数据、视频等丰富内容的移动多媒体业务。第四代（4G）移动通信技术是集3G与WLAN于一体的网络技术，能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式的移动通信技术。当前移动通信正处于第四代（4G）移动通信技术发展阶段。移动通信的发展轨迹 9.卫星通信10.全球定位系统(GPS)11.北斗导航北斗导航系统卫星通信系统结构空间位置组成和分布全球定位系统GPS卫星星座空间由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内地面监控系统地面由分布在全球的5个地面站组成（5个监控站、1个主控站和3个注入站）GPS信号接收机

6、用户导航接收机、测地型接收机、授时接收机实时计算出三维坐标速度以及时间GPS组成和分布6.1.3 未来的通信技术全光通信全光通信是指由激光器、光调制器、光探测器和传输光纤组成的一体化全光通信方式，其容量大、频带宽、效益高。量子通信量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式。量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。（1）瞬间转移与量子态隐形传输。（2）量子纠缠与心灵感应。6.2 计算机网络技术的发展6.2.1 计算机网络技术的发展历

7、程诞生阶段 形成阶段 互联互通阶段高速网络技术阶段 计算机网络6.2.2 三网融合三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中，三大网络通过技术改造，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通、资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。1.数字技术2.宽带技术3.软件技术4.IP技术6.2.3 计算机网络的由来进入21世纪以来，以计算机网络迅猛发展而形成的网络化是推动信息化、数字化和全球化的基础和核心，因为计算机网络系统正是一种全球

8、开放的、数字化的综合信息系统，基于计算机网络的各种网络应用系统通过在网络中对数字信息的综合采集、存储、传输、处理和利用而在全球范围把人类社会更紧密地联系起来，并以不可抗拒之势影响和冲击着人类社会政治、经济、军事和日常工作、生活的各个方面。未来的互联网络的发展特征，主要包括开放和大容量的发展方向、一体化和方便使用的发展方向、多媒体网络的发展方向、高效安全的网络管理方向、为应用服务的发展方向、智能网络的发展方向六个方面。6.3 计算机网络体系结构及网络管理6.3.1 计算机网络体系结构及协议1.网络协议网络协议网络协议有以下3个要素。语义（Semantics)：涉及用于协调与差错处理的控制信息。语

9、法（Syntax)：涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。同步（Timing）：涉及速度匹配和排序等。2网络体系结构网络体系结构网络体系结构（Architecture）就是计算机网络各层次及其协议的集合。以功能作为划分层次的基础。第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n1层提供的服务。第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。3.OSI基本参考模型基本参考模型（1）开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）基本参考模型OSI的体系

10、结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。（2）层次结构模型中数据的实际传送过程如图所示，发送进程给接收进程发送数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图所示的H7、H6、H1，统称为报头。到最底层成为由“0”或“1”组成数据比特流，然后再转换为

11、电信号在物理媒体上传输至接收方。接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层加上的控制信息。（3）各层主要功能 物理层。物理层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。数据链路层。在该层比特流被组织成数据链路协议数据单元（通常称为帧），并以其为单位进行传输，帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息。网络层。在该层数据以网络协议数据单元（分组）为单位进行传输。运输层。运输层是第一个端端，也即主机主机的层次。运输层提供的端到端的透明数据运输服务，使高层用户不必关心通信子网的存在，由此用统一的运输原语书写的高层软件

12、便可运行于任何通信子网上。会话层。会话层是进程进程的层次，其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信（也称为对话）。表示层。表示层为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。应用层。应用层是开放系统互连环境的最高层。4TCP/IP（1）数据链路层，在TCP/IP协议体系中该层也通常被称为网络接口层，主要负责不同类型本地网络与互联网的接入，实现数据帧的发送和接收。帧是独立的网络信息传输单元，网络接口层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。（2）网络层，主要实现网际互联，将数据包封装成Internet数据报，并运行必要的路由算法，互联层包含：网际协议IP，负责在主机和网络之间寻址和路由数据包

13、。地址解析协议ARP：获得同一物理网络中的硬件主机地址；网际控制消息协议ICMP：发送消息，并报告有关数据包的传送错误；互联组管理协议IGMP：被IP主机拿来向本地多路广播路由器报告主机组成员。（3）传输层。传输协议在计算机之间提供通信会话。传输协议的选择根据数据传输方式而定。主要有两个传输协议：传输控制协议TCP，为应用程序提供可靠的通信连接，适合于一次传输大批数据的情况，并适用于要求得到响应的应用程序；用户数据报协议UDP，提供了无连接通信，且不对传送包进行可靠的保证，适合于一次传输小量数据，可靠性则由应用层来负责。(4)应用层。应用程序通过这一层访问网络。6.3.2 网络管理1网络管理的

14、概念与网络管理的概念与结构结构网络管理是对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、安全、经济地提供服务。监测是控制的前提，控制是监测的结果。通常，网络管理系统分为管理站和代理系统两部分（左下图）。自组织网络管理则需要通过动态变化的群及其分层结构实现。2SNMP简单网络管理协议（SNMP）（见图），由一组网络管理的标准组成，包含一个应用层协议（Application Layer Protocol）、数据库模型（Database Schema）和一组资源对象。该协议能够支持网络管理系统，用以监测连接到网络上的设备是否有任何引起管理上关注的情况。SNMP管理的网络主要由三部分组成：被管理的

15、设备、SNMP代理、网络管理系统（NMS），如图6.22所示。网络中被管理的每一个设备都存在一个管理信息库（MIB）用于收集并储存管理信息。通过SNMP，NMS能获取这些信息。被管理设备，又称为网络单元或网络节点，可以是支持SNMP的路由器、交换机、服务器或者主机等；SNMP代理是被管理设备上的一个网络管理软件模块，拥有本地设备的相关管理信息，并用于将它们转换成与SNMP兼容的格式，传递给NMS；NMS运行应用程序来实现监控被管理设备的功能。另外，NMS还为网络管理提供大量的处理程序及必须的储存资源。3网络管理的网络管理的功能功能网络监视：收集系统和子网的状态信息，分析被管理设备的行为，以便发

16、现网络运行中存在的问题。性能监视，对被管对象的可用性、响应时间、正确性、吞吐率、利用率等进行监视；故障监视，对被管对象的故障检测和报警、故障预测、故障诊断和定位；计费监视，对单位时间内对资源的占用和访问进行监视。网络控制：修改设备参数或重新配置网络资源，以改善网络的运行状态。配置控制，初始化、维护和关闭网络设备或子系统，定义配置信息，设置和修改设备属性，定义和修改网络元素间的互联关系，启动和终止网络运行，发行软件，检查参数值和互联关系，报告配置现状；安全控制，对网络数据，系统（硬件、软件、传输），信息、用户（访问控制）的安全控制。6.3.3 网络安全1网络安全概述网络安全概述（1）运行系统安全

17、：即保证信息处理和传输系统的安全，包括计算机系统机房环境和传输环境的法律保护、计算机结构设计的安全性考虑、硬件系统的安全运行、计算机操作系统和应用软件的安全、数据库系统的安全、电磁信息泄露的防御等。（2）网络上系统信息的安全：包括用户口令鉴别、用户存取权限控制、数据存取权限、方式控制、安全审计、安全问题跟踪、计算机病毒防治、数据加密等。（3）网络上信息传输的安全：即信息传播后果的安全，包括信息过滤、不良信息甄别等。（4）网络上信息内容的安全：即我们讨论的狭义的“信息安全”，侧重于保护信息的机密性、真实性和完整性。本质上是保护用户的利益和隐私。网络安全具有三个基本的属性：机密性、完整性、可用性。

18、机密性，是指保证信息与信息系统不被非授权者所获取与使用，主要范措施是密码技术；完整性，是指保证信息不被篡改或破坏；可用性，是指保证信息与信息系统可被授权人正常使用，主要防范措施是确保信息与信息系统处于一个可靠的运行状态之下。2网络安全机制网络安全机制网络安全机制是保护网络信息安全所采用的措施，所有的安全机制都是针对某些潜在的安全威胁而设计的，可以根据实际情况单独或组合使用。网络安全机制主要涉及技术与管理两个层面的内容。（1）加密和隐藏。加密使信息改变，攻击者无法了解信息的内容从而达到保护；隐藏则是将有用信息隐藏在其他信息中，使攻击者无法发现。（2）认证和授权。网络设备之间应互认证对方的身份，以

19、保证正确的操作权力赋予和数据的存取控制；同时网络也必须认证用户的身份，以授权保证合法的用户实施正确的操作。（3）审计和定位。通过对一些重要的事件进行记录，从而在系统中发现错误或受到攻击时能定位错误并找到防范失效的原因，作为内部犯罪和事故后调查取证的基础。（4）完整性保证。利用密码技术的完整性保护可以很好地对付非法篡改，当信息源的完整性可以被验证却无法模仿时，可提供不可抵赖服务。（5）权限和存取控制。针对网络系统需要定义的各种不同用户，根据正确的认证，赋予其适当的操作权力，限制其越级操作。（6）任务填充。在任务间歇期发送无用的具有良好模拟性能的随机数据，以增加攻击者通过分析通信流量和破译密码获得

20、信息的难度。3网络网络安全安全策略策略（1）安全策略的配置开放式网络环境下用户的合法权益通常受到两种方式的侵害：主动攻击和被动攻击，主动攻击主要包括中断、篡改、伪造信息等；被动攻击主要包括对用户信息的窃取、信息流量分析等。根据用户对安全的需求可以采用以下的保护措施。身份认证：检验用户的身份是否合法、防止身份冒充及对用户实施访问控制数据完整性鉴别，防止数据被伪造、修改和删除。信息保密：防止用户数据被泄、窃取、保护用户的隐私。数字签名：防止用户否认对数据所做的处理。访问控制：对用户的访问权限进行控制。不可否认性验证：也称不可抵赖性，即防止对数据操作的否认。（2）安全策略的实现流程证书管理：主要是指公开密钥证书的产生、分配更新和验证。密钥管理：包括密钥的产生、协商、交换和更新，目的是为了在通信的终端系统之间建立实现安全策略所需的共享密钥。安全协作：是在不同的终端系统之间协商建立共同采用的安全策略，包括安全策略实施所在层次、具体采用的认证、加密算法和步骤、如何处理差错。安全算法实现：具体算法的实现，如PES、RSA。安全策略数据库：保存与具体建立的安全策略有关的状态、变量、指针。习题1简述移动通信的发展阶段。2简述北斗导航系统的主要构成。3什么是网络协议？4什么是计算机网络体系结构？5什么是网络管理？6网络安全技术机制主要涉及哪些内容？