《现代通信技术与互联网》课件 张伟杰.ppt

现代通信技术与互联网欢迎参加《现代通信技术与互联网》课程。本课程将带领大家深入探索通信技术的演进历程与互联网革命的全过程，揭示数字时代背后的技术变革与创新。通过系统学习，你将了解从早期电报到5G的技术演进，把握通信基础设施和网络协议的核心知识，同时探讨人工智能、云计算、物联网等新兴技术与通信的融合发展。

通信技术发展简史电报时代（1844年）摩尔斯发明电报，开创了电子通信的先河，实现了首次远距离电子信息传输。电话时代（1876年）贝尔发明电话，使人们能够实时语音通信，彻底改变了人际交流方式。卫星通信时代（1960年代）卫星通信技术实现了全球范围的信息传输，打破了地理限制。移动互联网时代（2000年代至今）

通信技术的基本概念信息源与接收器信息源产生需要传递的信息，而接收器则是接收并处理信息的终端。在现代通信系统中，这可以是智能手机、电脑或专用通信设备。信道与传输介质信道是信息传递的通路，可以是有形的物理介质（如铜线、光纤）或无形的传输方式（如无线电波）。不同信道具有不同的传输容量和特性。编码与调制编码将信息转换为适合传输的形式，而调制则是将信息加载到载波信号上。这些技术使得信息能够高效、可靠地在信道中传输。信噪比与带宽信噪比表示有用信号与背景噪声的比值，而带宽则表示系统能处理的频率范围。这两个参数共同决定了通信系统的性能上限。

互联网的起源冷战背景（1960年代）在冷战军备竞赛背景下，美国高级研究计划局（ARPA）启动研究，旨在建立一个能够在核战争中生存的分布式通信网络。ARPANET诞生（1969年）1969年10月29日，UCLA和斯坦福研究所之间建立了第一个ARPANET连接，实现了计算机网络间的首次通信，这一历史性时刻标志着互联网的诞生。TCP/IP协议发明（1973年）文顿·瑟夫和罗伯特·卡恩开发了TCP/IP协议，为互联网的标准化和扩展奠定了基础，解决了不同网络间的互联问题。万维网诞生（1989年）蒂姆·伯纳斯-李在欧洲核子研究中心发明了万维网，引入了HTML、URL和HTTP等核心概念，使互联网变得易于使用，加速了其向全球扩展。

网络基础架构全球互联网骨干网络连接各大洲的高速光纤网络核心数据中心存储和处理全球数据流量的中心枢纽区域接入网络连接骨干网与终端用户的中间层终端用户接入家庭、企业和移动设备连接互联网的最后一公里全球互联网基础设施形成了一个庞大而复杂的层级结构。骨干网络是全球数据传输的高速公路，由海底光缆和陆地光纤组成，连接世界各大洲。核心数据中心分布在全球战略位置，负责数据存储、处理和交换。区域网络则将骨干网与终端用户连接起来，形成完整的通信链路。

网络协议概述应用层为用户提供网络服务的协议（HTTP、FTP、SMTP等）传输层负责端到端通信的协议（TCP、UDP）网络层处理数据包路由的协议（IP）链路层处理物理连接的协议（以太网、WiFi）网络协议是互联网通信的基础规则，定义了数据如何在网络中传输。TCP/IP协议族是互联网的核心协议集，采用分层结构设计，每层独立完成特定功能。协议的标准化确保了不同设备和网络能够无缝互联，实现全球范围的数据交换。数据包传输机制是网络通信的基本原理，数据被分割成小包，独立寻址和路由，最终在接收端重组。这种设计使网络具有很强的灵活性和容错能力。

IP地址与域名系统用户请求用户在浏览器中输入域名（如）DNS查询本地DNS服务器递归查询根服务器、顶级域名服务器和权威服务器IP地址返回DNS服务器返回域名对应的IP地址（如4）建立连接浏览器使用IP地址与目标服务器建立连接IP地址是互联网的寻址基础，每台联网设备都需要唯一的IP地址以便识别和路由。IPv4使用32位地址（如），但由于地址空间有限，全球已逐步过渡到128位的IPv6地址（如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334），极大扩展了可用地址空间。域名系统(DNS)充当了域名和IP地址之间的翻译者，使人们可以使用易记的域名而非数字IP地址访问网站。这是互联网用户体验的关键环节。

数据传输技术光纤通信是现代数据传输的主要技术，利用光信号在超纯石英玻璃纤维中传播，能够实现超远距离、超高速率的数据传输。光信号在光纤中以全反射原理传播，几乎不受电磁干扰，且信号衰减极低。现代光纤技术通过波分复用（WDM）技术在单根光纤中同时传输多个波长的光信号，极大提升了传输容量。最新的单芯光纤传输速率已突破数百太比特每秒，支撑着互联网流量的爆炸式增长。

有线通信技术铜缆通信铜缆是最早的有线通信介质，包括双绞线和同轴电缆。双绞线广泛应用于电话网络和局域网，最新的Cat8标准可支持40Gbps的传输速率。同轴电缆则主要用于有线电视网络，具有较好的抗干扰能力。光纤网络光纤是现代通信骨干网的主要传输介质，单模光纤可传输