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通信概论（第六版）

作译者：谭明新

出版时间：2024-03 千字数：435 版次：01-01 页数：272

开本：16开装帧： I S B N ：9787121475337

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纸质书定价：￥99.0

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目    录
第一部分  基本技术、数据中心和IP PBX
第1章  云计算及其实现技术	2
1.1  光缆与铜缆	3
1.1.1  光缆：高速网络的构成单元	3
1.1.2  信息内容供应商：使用光纤的大户	4
1.1.3  把光纤簇的每一根光纤的容量按照波长分割	5
1.1.4  各个商业机构的光缆	10
1.2  芯片—数字时代的基石	15
1.3  数据单元—分组	17
1.3.1  每个数据分组的灵活的路由选择功能	18
1.3.2  吞吐量	19
1.4  数据分组的深度检测：业务的检测、优先接入、审核	19
1.4.1  各家机构的DPI：保护机密信息	20
1.4.2  政府各级部门的监控范畴：恐怖主义、网络的接入、负面评论	20
1.4.3  各家运营商、各种网络：分类与计费	21
1.4.4  业务控制技术：优先接入某些类型的业务	21
1.5  压缩技术	22
1.5.1  流媒体：不下载就能收听、观看	23
1.5.2  压缩技术：网络电视的动力	24
1.5.3  创新的压缩算法—用较少的比特数实现较高质量的图像	25
1.5.4  用编/解码器实现语音信号的压缩、语音信号的数字化	26
1.6  采用复用技术增大网络容量	29
1.6.1  时分复用	29
1.6.2  统计复用：通过对网络业务进行优先级排序实现高效利用	29
1.7  用协议建立一套通用的规则	30
1.8  协议及网络模型的各层	32
1.9  虚拟化：空间、成本、维护效率	32
1.9.1  伸缩性与节能	33
1.9.2  云计算的实现—虚拟化技术	33
1.10  虚拟化的管理	34
1.10.1  虚拟化数据中心的内存、虚拟机、磁盘存储器的管理	34
1.10.2  容器：服务器虚拟化的新形式	35
1.11  供应商数据中心的云业务：应用与研发	36
1.11.1  私有云业务与公有云业务之间的比较	37
1.11.2  云计算的费用	38
1.11.3  推行云计算的理由	38
1.11.4  三种类型的云业务—云业务的层次	39
1.11.5  亚马逊公司：云计算的大鳄	41
1.11.6  较少的IT员工，各种技术的开发与运营	43
1.11.7  与云端的兼容性	43
1.11.8  欧盟和美国之间的隐私权保护法	46
1.12  小结	47
附录1A	48
第2章  数据中心、局域网、存储器、IP专用小交换机	50
2.1  本章内容简介	50
2.2  什么是局域网	51
2.3  局域网中的交换机、传输介质、协议	52
2.3.1  三层交换机—在交换机和数据中心之间传输数据	52
2.3.2  与各个节点相连的二层交换机	53
2.3.3  进行专门处理时采用的虚拟局域网	55
2.3.4  局域网的通信协议	57
2.3.5  网络操作系统	59
2.3.6  数据中心—安放各种应用程序的中心位置	59
2.3.7  云计算对数据中心的影响	60
2.3.8  数据中心的环境控制	61
2.3.9  存储系统—PB级数据的管理	63
2.3.10  虚拟化硬件出现故障时对系统的影响	66
2.3.11  通过虚拟桌面管理用户的计算机	67
2.3.12  通过路由器接入因特网、接入其他的宽带网络	68
2.3.13  对局域网中的各个设备进行监控的软件	69
2.3.14  局域网的监控—什么设备运行正常，什么设备停止运行了	70
2.4  IP PBX—语音、视频、统一通信	74
2.5  IP电话—将语音信号转换为数字数据	75
2.5.1  语音业务的质量与安全性	76
2.5.2  用语音质量的检测指标来衡量网络的质量	76
2.5.3  在虚拟局域网中优先接入语音业务、视频业务	76
2.5.4  IP PBX的结构	77
2.5.5  媒体网关、协议转换、信令	78
2.5.6  会话启动协议—兼容的中继线	78
2.6  统一通信、联络中心、视频会议	79
2.6.1  统一通信将会议、即时消息、电子邮件融合在一起	80
2.6.2  桌面视频会议	80
2.6.3  视频会议	81
2.6.4  沉浸式高清视频会议	82
2.6.5  CPaaS与托管IP PBX的比较	82
2.6.6  联络中心—呼入通信、呼出通信的效率	83
2.6.7  语音应答单元—通过按键或语音完成路由选择、接入信息	85
附录2A	88
第二部分  宽带网络的管理和宽带网络的各种业务
第3章  宽带网络的管理	91
3.1  本章内容简介	91
3.2  公共网络	92
3.3  各城市之间、各大洲之间的核心网络	93
3.3.1  借助于软件定义网络对骤然增加的业务进行管理	94
3.3.2  网络功能虚拟化——基本结构	95
3.3.3  海底网络系统	101
3.4  运营商网络的带宽特性	103
3.5  光传输网络——传输多种类型的业务	105
3.6  在核心网中传输电影、电视	108
3.6.1  利用前端系统接收和发送的规划	109
3.6.2  集线器站点	109
3.7  中间一公里网络	110
3.8  最后一公里的接入网	112
3.8.1  增大接入网的容量	112
3.8.2  传统的电路交换业务	112
3.8.3  将用户过渡到借助于因特网协议和光纤实现的语音传输	113
3.8.4  数字用户线数据复用器	113
3.8.5  无源光网络	115
3.8.6  共享光纤的容量——PON的结构	115
3.8.7  无源光网络的标准——Gbps速率等级的以太网	116
3.9  有线电视运营商网络中的接入网	119
3.9.1  用电缆调制解调器接入因特网	119
3.9.2  电缆调制解调器“握手”	120
3.9.3  通过机顶盒接入有线电视节目	120
3.10  用线缆数据机终端系统提供IP业务	121
3.10.1  借助于机顶盒支持更多的视频	121
3.10.2  有线调制解调器的标准向更高的速率过渡	121
3.10.3  从非对称信道过渡到对称信道	122
3.10.4  全双工DOCSIS 3.1——对称速率	122
3.11  国家紧急情况下的电信业务	125
3.11.1  确保可靠性和可持续性的规划	125
3.11.2  因特网的安全性与可持续发展	126
3.12  信令	127
3.12.1  信令概述	127
3.12.2  运营商的互联及为位于共同租用的场所里的设备提供安全的空间	128
附录3A	129
第4章  宽带网络的各种业务	131
4.1  本章内容简介	131
4.2  用宽带实现的网络电话通信业务	133
4.2.1  住宅用户业务与企业业务的比较	134
4.2.2  企业采用了价格较低、用户使用灵活的网络电话业务	134
4.2.3  面向非常小的机构的网络电话	135
4.2.4  网络电话、Wi-Fi对传统运营商的影响	135
4.2.5  电话公司有线中继线的分界点	136
4.3  用于交换机之间建立通信连接的多协议标签交换	136
4.3.1  MPLS虚拟专用网——一种托管业务	136
4.3.2  MPLS的路由选择、安全性	137
4.3.3  多协议标签交换的实现	137
4.3.4  跨国公司的多协议标签交换技术	138
4.3.5  按照业务的等级优先处理业务	138
4.4  因特网中的IP虚拟专用网	139
4.5  增强IP虚拟专用网中所传输业务的安全性	140
4.5.1  接入IP虚拟专用网的安全协议	140
4.5.2  通过配备防火墙预防恶意攻击	142
4.6  托管业务	143
4.6.1  托管业务并不是无声管道供应商	143
4.6.2  具有多种功能的托管业务	144
4.7  采用铜缆的数字用户线的距离限制	145
4.7.1  数字用户线技术的工作原理	145
4.7.2  数字用户线的局限性	145
4.8  运营商的Gbps速率等级的以太网	146
4.8.1  运营商Gbps速率等级以太网的灵活性和可调整的速率	147
4.8.2  专用波长	148
4.8.3  容量较大的宽带已取代了T1与T3的大部分业务	148
4.9  专用线路的网络结构	148
4.9.1  安全等级更高的专用线路	149
4.9.2  自顶向下的网络结构	150
4.9.3  与云端直接相连的专线	152
4.9.4  会话启动协议——带外信令	153
4.9.5  企业的软件定义广域网	153
4.9.6  网络的备份——预防出现断电	156
附录4A	158
第三部分  因特网与蜂窝网络
第5章  因特网	161
5.1  本章内容简介	161
5.2  什么是因特网	162
5.2.1  因特网的特性	163
5.2.2  因特网中采用的协议	163
5.2.3  容量的影响——宽带网络的普及	164
5.2.4  利用搜索引擎获取所存储的大量信息	165
5.2.5  搜索引擎——数学算法与网站的排名	166
5.2.6  Internet 2——因特网的非商业性发展	167
5.3  颠覆性技术：流式传输	167
5.3.1  流媒体业务的增长	167
5.3.2  较为便捷的设置提高了因特网的使用率	168
5.3.3  接入流媒体——将电视机、游戏机与移动设备相连	168
5.3.4  流媒体的机顶盒	168
5.3.5  吸引用户并留住用户——内容的重要性	169
5.3.6  提供流媒体业务的公司简介	171
5.3.7  流媒体业务的广告收入	171
5.3.8  全球范围内的流媒体	172
5.3.9  使用简便：技术的推动者	172
5.3.10  付费电视——“精简”套餐加上机顶盒流媒体	173
5.3.11  技术难题	173
5.4  因特网的结构	174
5.4.1  边缘路由器	174
5.4.2  核心网中的聚合路由器	176
5.4.3  确保网络核心、网络边缘的可靠性	176
5.4.4  通过内容传输网络提高因特网的性能	176
5.4.5  网络对等交汇点的数据交换	176
5.4.6  寻址方案	177
5.4.7  顶级域名的跟踪与管理	178
5.4.8  过渡到IPv6	179
5.5  安全性：所连接的无处不在的网络容易受到恶意黑客的攻击	179
5.5.1  黑客攻击网络、潜入网络的方法	179
5.5.2  信息安全的五大要素	180
5.5.3  国与国之间的网络恐怖主义	184
5.6  隐私权问题	185
5.7  电子商务的影响	186
5.8  数字鸿沟：带宽、技术与计算机	187
5.9  内部网与外部网	188
5.9.1  内部网	189
5.9.2  外部网—节省用户业务的费用	190
第6章  移动网络与Wi-Fi网络	191
6.1  本章内容简介	191
6.2  无线网络的频谱——重要的资源	192
6.2.1  蜂窝结构——移动网络的基础	192
6.2.2  把电波分解为各个频率	192
6.2.3  短波与长波的特性	193
6.2.4  频段	193
6.2.5  通过拍卖实现频谱的分配	194
6.2.6  未使用的频谱在二级市场的利润	196
6.2.7  在国际上同步处理频谱问题	197
6.2.8  减小干扰	198
6.2.9  将无需牌照的频谱用于“超级”Wi-Fi	198
6.2.10  漫游——在其他网络中使用移动设备	199
6.3  效率更高的第四代蜂窝网络	199
6.3.1  3G技术——各种标准不兼容	200
6.3.2  早期实现的LTE	201
6.4  LTE——第一个真正的第四代蜂窝网络协议	201
6.4.1  设计4G LTE的目的：以IP分组形式传输数据、语音	202
6.4.2  LTE的容量	202
6.4.3  LTE基站的附加功能	203
6.4.4  回传网络——将小区的各个基站与核心网络相连	204
6.4.5  LTE基础设施的各个组成单元	205
6.4.6  LTE IP核心网络的3个基本功能	206
6.4.7  LTE演进型分组核心网中的数据库	207
6.4.8  LTE网络的分组语音	207
6.4.9  接入应用程序、接入VoLTE——IP多媒体子系统	208
6.4.10  通过基站、塔台、移动交换机将用户与移动网络相连	210
6.4.11  针对人口密集地区的异构网络结构	211
6.4.12  LTE中的频分空中接口、时分空中接口	214
6.4.13  4G多输入多输出天线	215
6.4.14  LTE的正交频分复用空中接口	216
6.5  5G移动网络——较小的小区、附加的容量	217
6.5.1  5G网络中配备了大量的MIMO天线	217
6.5.2  5G的新型无线收发业务、5G的各种应用程序	217
6.5.3  5G网络中的集中式C-RAN或云端无线接入网	218
6.5.4  5G移动网络的兼容性与回退	218
6.5.5  设备的兼容性——多年的差距	218
6.5.6  用GPS锁定丢失(或被盗)的便携式电脑	218
6.6  物联网	219
6.6.1  有关物联网业务的信息与隐私权问题	220
6.6.2  无人机——军事应用与商业应用	220
6.6.3  电池的寿命	221
6.7  各种应用程序和各种业务	221
6.7.1  移动支付	222
6.7.2  配备了嵌入式无线收发信机的各种移动设备之间的机器与机器的通信	222
6.7.3  预付费移动业务的使用	223
6.8  Wi-Fi的标准、结构及其在蜂窝网络中的应用	223
6.8.1  802.11 Wi-Fi标准	223
6.8.2  深入了解Wi-Fi标准	224
6.8.3  企业Wi-Fi的结构	227
6.8.4  网状网络——每个设备之间彼此互联：无控制器的结构	227
6.8.5  Wi-Fi网络中的设备——接入点和控制器	228
6.8.6  保护Wi-Fi网络——WPA3	229
6.8.7  通过Wi-Fi从拥塞的移动网络中提取业务	230
6.9  与地球同步的卫星、近地轨道卫星	231
6.9.1  卫星网络	231
6.9.2  近地轨道卫星	232
6.9.3  通过高频卫星在飞机里接入因特网业务	232
附录6A	232
术语表	236

前    言 
与1997年首次出版《通信概论》时相比，如今的宽带网络和蜂窝网络复杂了很多。那时，将语音业务与数据业务分开传输，发送电子邮件时需要执行一些神奇的指令，而且电子邮件业务主要用于大学。后面，联邦政府放宽了对电信的管制，向竞争对手开放了电信业务。放宽管制具体体现在：向新的竞争对手开放了语音网络和数据网络。这些竞争对手以较低的价格与现有的运营商争夺用户。这种竞争方式推进了变革，于是新建了各种高速光纤网络。大型运营商自然而然地改善了网络的质量、降低了各种业务的价格。1999年以后，蜂窝网络也呈现出类似的局面。
自1997年以来的数年中，大多数中小型甚至一些大型竞争对手要么被大型运营商收购了，要么倒闭了。这些运营商还收购了以前属于贝尔系统的其他大型运营商。在经历了重组之后，如今的电信公司、移动通信公司和有线电视公司的竞争对手少了很多，这些大型公司指的主要是美国电话电报(AT＆T)公司、世纪电信(CenturyLink)公司、康卡斯特(Comcast)电信公司、威瑞森(Verizon)公司。如今，美国宽带业务的价格比世界上大多数国家都高的部分原因是由于竞争的程度很有限。
社交网络、云业务与办公软件的大型联合企业亚马逊公司、Facebook公司、微软公司已经组建了大型的、位于云端的数据中心网络。这些公司的业务已不再限于原先各自领域的各种商业业务。在美国，微软公司是云业务的四大运营商之一。借助于微软提供的平台，各个开发公司可以为企业的用户量身定制微软的应用程序。而且，微软公司还利用为企业提供的“微软团队”业务实现低价的国际语音通信、视频会议通信，以及完成联合项目的彼此协作。
由斯坦福大学的研究生创办的谷歌公司运营着美国最大的搜索业务。公司的几个创始人用软件在网络中搜索，并为网址预留出存储空间。谷歌公司很快成为一家庞大的公司，其知名度因口碑而显著提升。现在的谷歌公司是一家超大型联合企业——仅凭网站上的广告每年就能赚取数十亿美元。
杰夫·贝佐斯是亚马逊公司的创始人。亚马逊公司的云计算零售业务是在商业领域产生巨大影响的又一个例子。实体零售商失去了数百万美元的市场，连锁店倒闭、许多商店关门。如今，亚马逊在如下几方面仍在创新：①配备了亚历克萨(Alexa)数字助理软件的家庭自动化；②提供限定时间的送货服务；③采购全食(Whole Foods)食品公司的食品；④医药产品送达医院的药品入口处。
在运营新一代移动网络方面，美国电话电报公司和威瑞森公司正在组建各种大型的光纤网络和蜂窝系统的基础设施。T-Mobile公司和斯普林特(Sprint)公司也在扩建各自的蜂窝网络。
然而，住宅用户和企业用户对因特网接入、宽带业务和移动业务的选择范围已经减小，如果授权T-Mobile公司收购斯普林特公司的蜂窝网络，选择范围还会进一步减小。如果批准收购斯普林特公司，覆盖全国的移动运营商的数量就从4家缩减为3家。这个不可忽视的变化可能会造成学生、年轻人所花的费用更高，于是，这些学生和年轻人会因寻求低廉的价格而转到T-Mobile公司。
新的第五代移动网络需要提供比以往任何时候都高的数据速率。然而，升级到第五代移动网络的成本很高，特别是在客流量很大的市中心城区，还需要安装数千个基站。而且，移动业务提供商正在不断优化提升当前的第四代蜂窝网络。这两种网络都能提供较高的速率(有的甚至达到1 Gbps的速率)。随着各个移动网络容量的增加，这两种网络都可以实现流媒体视频业务，某些情况下，还把这种宽带链路连到用户的家中。
由于移动网络的容量更大，因此，许多年轻人和学生完全借助于移动网络实现消息传递、流媒体业务和社交网络的接入。通常情况下，十几岁和20多岁的人采用社交网络的图片分享应用程序Snapchat、在线图片及视频分享应用程序Instagram(Instagram归属Facebook公司)，而不是采用Facebook和推特。始于2011年的应用程序Snapchat的通信方式比较新颖，吸引年轻人采用较为直观的方式上传视频和照片，而不是像Facebook或其他社交网络那样上传传记和其他文字形式的材料。
网飞(Netflix)公司的首席执行官兼创始人Reed Hastings设计了各种流媒体业务。最初，网飞公司用标志性的红色信封将DVD邮寄给用户，并声称，当Wi-Fi能够完全实现稳健的视频传输时，网飞公司就能够提供电视节目和电影业务。网飞公司实现了一项颠覆性的业务,改变了用户的行为，突破了DVD和电影院的传统销售方式。流媒体的出现导致最大的DVD销售商百视达公司倒闭，而且，因为光顾影院的人越来越少，许多影院不得不关门歇业。现在，网飞公司是一家为近200个国家和地区提供业务的国际公司。
网飞公司、Hulu网站、亚马逊公司及其竞争对手所采用的主要方式是：通过提供热门的在线电视节目、电影来吸引用户。最初，网飞公司能够从迪士尼、时代华纳和环球影城等内容供应商那里获得电视剧和电影的授权。随着这些公司开始提供自己的流媒体业务或者由更大的公司(如AT＆T公司和康卡斯特公司）收购，从竞争对手的流媒体供应商那里获得的内容越来越少。于是，为了吸引用户，网飞公司、亚马逊公司和其他公司投入了数十亿美元设计原创内容。内容是人们决定放弃订阅选择权较少的有线电视套餐的决定性因素。
如今，软件是管理宽带和局域网的推进器。把由软件控制的宽带网络称为软件定义广域网(Wide Area Software Defined Network，WA SDN)。还能用SDN实现各种企业网。由所设计的配备了指令的核心终端对W-SDN、SDN这两种实现方式进行控制，通过这些指令管理业务时，避免了出现线路中断和线路拥塞的问题。这里采用软件来管理复杂的、高容量的宽带网络,可以把以前安装在专用硬件上的功能分离到非专用硬件上。这些网络功能包括由各个路由器、各个服务器专门实现的安全功能，以及由各个网关完成不同网络之间、不同协议之间的转换。各家公司的网络能够传输较多业务的制约因素有：①光缆；②与之相连的网络设备。光缆能够实现Gbps甚至Tbps量级的数据速率(1 Tbps = 1000 Gbps)。
把人连在一起的网络令世界变“小”了，于是，开通了世界范围内的通信。不过，由因特网的通用协议可知，每个人都与其他人相连，这表明网络对黑客始终开放。黑客正是通过这些通用的协议进入相关机构的网络的。
大大小小的机构都感受过安全漏洞。有些漏洞导致数百万人的私有信息(包括人们的社会保险号码)被泄露。而且，在不良宣传和知识产权被盗方面，安全漏洞给企业增加了数百万美元的成本。为避免网络遭受重大非法入侵的攻击，企业外聘顾问，并强化员工的安全意识。各家企业还提醒用户打开不认识的人发来的附件时存在安全风险。在网络中传播的这些钓鱼电子邮件含有能够搅混整个网络的恶意软件。不过，这些措施中的任何一项都不能百分之百地确保机构可以免受一个执着的黑客的攻击。当然，安全性强的机构的网络恢复得快一些，也能够较快地检测到正在遭受攻击。

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