信息网络理论基础第一章
网络安全(第一章)
“Flash” Threats
“Warhol” Threats
Blended Threats
几秒钟
几分钟 几小时
几天 几周/几个月
e-mail Worms
Macro Viruses File Viruses
90年代初 90年代中 90年代末
2000
2003 2004
时间
两种安全防护模型
① 响应式安全防护模型：基于特定威胁的特征，目前绝大多数安全产品均
“纵深防御策略”DiD（Defense-in-Depth Strategy）。
在信息保障的概念下，信息安全保障的PDRR模型的内涵 已经超出了传统的信息安全保密，而是保护（Protection）、 检测（Detection）、响应（Reaction）和恢复（Restore）的有 机结合。 信息保障阶段不仅包含安全防护的概念，更重要的是增加 了主动和积极的防御观念。
通信与网络等信息技术的发展而不断发展的。
单机系统的信息保密阶段 网络信息安全阶段 信息保障阶段
单机系统的信息保密阶段
信息保密技术的研究成果：
① 发展各种密码算法及其应用：
DES（数据加密标准）、RSA（公开密钥体制）、ECC （椭圆曲线离散对数密码体制）等。 ② 计算机信息系统安全模型和安全评价准则： 访问监视器模型、多级安全模型等；TCSEC（可信计
存储空间资源，使服务器崩溃或资源耗尽无法对外继续提供
服务。 拒绝服务攻击（DoS，Denial of Service）是典型的阻塞类
攻击，它是一类个人或多人利用Internet协议组的某些工具，
拒绝合法用户对目标系统（如服务器）和信息的合法访问的 攻击。
常见的方法：TCP SYN洪泛攻击、Land攻击、Smurf攻击、
第一章信息论基础PPT课件
2021
43
信息传输和传播手段经历了五次重大 变革：
1 语言的产生。
2 文字的产生。
3 印刷术的发明。
4 电报、电话的发明。
5 计算机技术与通信技术相结 合，促进了网络通信的发展。
2021
44
1.3 信息传输系统
通信的基本问题是在彼时彼地精确地或近似地再现此时此 地发出的消息。
各种通信系统，一般可概括的统计模型： 信息传输系统模型
2021
17
语法信息
仅仅考虑其中形式因素的部分。
语义信息
考虑其中含义因素的部分。
语用信息
考虑其中效用因素的部分。
2021
18
1.1 信息的概念
物质、能量和信息是构成客观世界的 三大要素。 信息是物质和能量在空间和时间上分 布的不均匀程度，或者说信息是关于 事物运动的状态和规律。
2021
19
信息存在于自然界，也存在于人类社会，
2021
15
认识论比本体论的层次要低，因为
认识主体具有感觉能力、理解能力和 目的性，所以从认识论层次上研究信 息“事物的运动状态及其变化方式”就 不再像本体论层次上那样简单，他必 须考虑到形式、含义和效用。
2021
16
全信息
同时考虑事物运动状态及其变化方式的 外在形式、内在含义和效用价值的认识 论层次信息。
信源
信源译码器 信道编码器
等效干扰 信道
等效信源 等效信宿
信
干
道
扰
源
信宿
信源译码器 信20道21 译码器
45
这个模型包括以下五个部分： 1.信源 信源是产生消息的源。
2. 编码器 编码器是将消息变成适合于 信道传送的信号的设备。
第一章网络安全基础知识
GB5：访问验证保护级
B3：安全区域
E5：形式化分析
EAL6：半形式化验证设 计测试
--
A：验证设计
E6：形式化验证
EAL7：形式化验证和测
试
知识链接信息保障PDRR模型
Protect
Detect
Restore
React
网络安全与黑客攻防技术
华东交通大学理工学院 尧刚华
课程简介
计算机网络安全基础：包括信息安全、网络安
全、病毒、黑客以及基本网络技术等。
基本的黑客攻击技术：包括基本命令、扫描、
监听、入侵、后门、隐身、恶意代码等。
基本的防御技术：包括系统安全、加密、防火
墙、隔离闸、入侵检测、IP安全、Web安全等。 目的是使同学们可以进一步了解网络基本知 识，掌握初步的黑客攻击技术，提高网络安全意 识。
邮政系统的分层结构
发信者 书写信件 贴邮票 送邮箱 收集信件 盖邮戳 信件分拣 邮局服务业务 邮局服务业务 通信者活动 通信者活动 阅读信件 收信者
信件投递 信件分拣
信件打包 送运输部门
邮局转送业务
邮局转送业务
分发邮件 邮件拆包
路由选择 运输
转送邮局
运输部门的运输路线 接收邮包
分层的优点
各层功能明确，且相互独立易于实现。 各层之间通过接口提供服务，各层实
是网络安全橙皮书。
自从1985年橙皮书成为美国国防部的标准以来，
就一直没有改变过，多年以来一直是评估多用 户主机和小型操作系统的主要方法。
类别 级别
名称
主要特征
D
C
D
C1 C2
低级保护
通信网理论基础概述
动电话的用户超过固定电话用户
用户数 (单位：百万)
Source：ITU ICT key indication
00
00 03年，在国内和国际上移动
00 00
00
电话的用户都超过固定电话的 用户
世界移动电话用户
00
00 Penetration:
世界固定电话用户
00 Fixed 24.9%; Mobile 25.9%
HDSL——高速数字用户环路 两对电话线 提供E1速率接入 误码<10-7（传输距离3km）
ADSL——非对称数字用户环路 •克服近端串话 •每对线上E1速率
ADSL-NT
µçО Ö Ô¶¶ËÄ£ T
1.5-6Mb/s
R
VOD
¿é R 16-640Kb/s
T
POTS
Set-
POTS 16-640Kb/s
通信网理论基础概述
第一章 概述
一、通信系统与通信网
点点——通信系统 （含发端机 、 信道、 收端机）
二个用户：双工系统（正向传，反向传） n 用户 n(n-1)
半双工系统（时分使用正反向） n 用户 n(n-1)/2
半工系统
提高效率——转接、交换——联网
通信网——通信系统的系统： 含所有通信设备,协议、标准
四、通信网的发展
世界三大网
电信部门：话音、数据 广电部门：同轴入户（700M），但单向 互联网： •发展活跃
•文字、数据、图像、话音 •问题：速度瓶颈，实时性差
三网竞争 域名，IP地址
种通信技术的发展：
X.25 链路层逐段ARQ，可靠，无差错时延大，节点 理复杂，不能传图、话
帧中继 简化差错控制，取消逐段ARQ，把复杂处理 向网络末端和用户
王燕凌电网络 - 第一章 网络理论基础资料
第一章 网络理论基础第一节 网络及其元件的基本概念一．网络基本表征量 1． 分类基本变量：)()()()(t t q t i t u ψ高阶基本变量：βαβα,()()(i u 是不为0，－1的任意整数）基本复合量：)()(t w t p2．关系ττd i t q dtt dq t i t ⎰∞-==)()()()( （1－1－1）ττψψd u t dtt d t u t ⎰∞-==)()()()( （1－1－2）)()()()(t i t u dtt dw t p == （1－1－3）τττττd i u d p t W tt ⎰⎰∞-∞-==)()()()( （1－1－4）二．多口元件和多端元件 1．二端元件 多端元件 （1） 二端元件： R 、L 、C元件约束为一个方程描述，两个独立变量。
（二端网络：一个方程描述，两个独立变量。
）（2） n 端元件：有n －1个电流和n －1个电压是独立变量，共（2n －2）个，有n －1个约束方程。
2．多端元件和“端口”的概念 （1）“双口”是最简单的多口。
（2）端口：端口电流相等。
条件：端口与端口之间无任何联系。
例： N 1不是双口网络，N 2 是双口网络。
3．n ＋1端元件与n 端元件等效 （p2图1－1－1）例：三极管任选一点为参考点，则为二端口元件。
三．容许信号与赋定关系1． 容许信号偶（Admissible Signal Pair ） p2或：元件给定的电流（压）时的电压（流）值，记{})(),(t i t u ，是一对激励和响应的关系。
2． 赋定关系（Constitutive Relation ） p2 四．网络及其元件分类依据 1． 集中参数元件 p3分布元件附：均匀传输线特性方程：p3 本书只讨论集中参数网络。
2． 时不变元件（Time-invariant ）时变元件（Time-varying ） （1） 定义：p3 （2） 应用例1：判断独立电压源t E t u ωsin )(=是否是时不变元件。
北邮-田宝玉-信息论基础-第一章
仙农在1948年指出 ：
“ 通信的基本问题是在一点精确地或近似地恢复 另一点所选择的消息。通常，这些消息是有含义 的，即它对于某系统指的是某些物理的或概念的 实体。这些通信的语义方面与通信问题无关，而
重要的方面是实际消息是从一个可能消息集合中
选择出的一条消息。”
可见，仙农在研究信息理论时，排除了语义 信息与语用信息的因素，先从语法信息入手，解 决当时最重要的通信工程一类的信息传递问题。 同时他还把信源看成具有输出的随机过程，所研 究的事物运动状态和变化方式的外在形式遵循某 种概率分布。因此仙农信息论或经典信息论所研 究的信息是语法信息中的概率信息。
信 息 论 即 仙 农 (Claude Edwood Shannon, 1916—2001 ) 信 息 论 ， 也 称 经 典信息论，是研究通信系统极限性能的理 论。从信息论产生到现在几十年来，随着 人们对信息的认识不断深化，对信息论的 研究日益广泛和深入，信息论的基本思想 和方法已经渗透到许多学科，在人类社会 已经进入信息时代的今天，信息理论在自 然科学和社会科学研究领域还会发挥更大 的作用。
第一层：通信符号如何精确传输？（技术问题） 第二层：传输的符号如何精确携带所需要的含义？ （语义问题） 第三层：所接收的含义如何以所需要的方式有效地 影响行为？（效用问题）
• Weaver认为仙农的工作属于第一层，但他又证明 仙农的工作是交叉的，对第二、三层也有意义。
• 信息是认识主体（人、生物、机器） 所感受的和 所表达的事物运动的状态和运动状态变化的方式。
可见，信息收集组是根据所得到的消 息提取出语法信息，信息处理组是根据所 得到的语法信息提取出语义信息，而信息 分析组是根据所得到的语义信息提取出语 用信息。 可以看到，研究语义信息要以语法信 息为基础，研究语用信息要以语义信息和 语法信息为基础。三者之间，语法信息是 最简单、最基本的层次，语用信息则是最 复杂、最实用的层次。
计算机网络第一章课后习题答案
习题一问答题：1.计算机网络的发展可以划分为几个阶段？每个阶段都有什么特点？答：可以划分为四个阶段：第一阶段可以追溯到20世纪50年代。
那时，人们开始将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合，完成了数据通信技术与计算机通信网络的研究，为计算机网络的产生做好了准备，并奠定了理论基础。
第二阶段应该从20世纪60年代，美国的ARPANET与分组交换技术谈起。
ARPANET 是计算机网络技术发展中的一个里程碑，它的研究成果对促进网络技术发展起到重要的作用，并为Internet的形成奠定了基础。
第三阶段可以从20世纪70年代中期谈起。
70年代中期，广域网、局域网与公用分组交换网发展迅速，各计算机厂商纷纷发展自己的计算机网络，随之而来的是网络体系结构与网络协议的标准化问题。
国际标准化组织在推动开放系统互连参考模型与网络协议的研究方面做了大量工作，对计算机网络理论体系的形成与网络技术的发展起到重要的作用，但它同时也面临着TCP/IP的严峻挑战。
第四阶段要从20世纪90年代谈起。
这个阶段的典型技术是Internet与异步传输模式。
Internet作为世界性的信息网络，在当今经济、文化、科研、教育等方面发挥越来越重要的作用。
以A TM技术为代表的高速网络技术发展，为全球信息高速公路的建设提供了技术准备。
2.什么是公用数字网PDN？为什么要发展公用数字网？答：在20世纪70年代中期，世界上开始出现由邮电部门或通信公司组建和管理的公用分组交换网，即公用数据网PDN。
公用分组交换网为计算机网络发展提供良好的外部通信条件，它可以为更多的用户提供数据通信服务。
3.按照资源共享的观点定义的计算机网络应具备哪几个主要特征？答：（1）计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。
（2）互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”。
（3）联网激素啊你之间的通信必须遵循共同的网络协议。
4.通信子网与资源子网的联系与区别是什么？答：从计算机网络组成的角度看，典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网两部分。
《Internet技术与应用》第一章 Internet基础
根据不同层次的抽象分层； 每层应当实现一个定义明确的功能； 每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准； 各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量； 层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层中，但也不能太多， 否则体系结构会过于庞大。
随着TCP/IP协议的标准化，ARPAnet的规模不断扩大。不仅在美国国 内，世界上的很多其它国家也将本地的计算机和网络接入ARPAnet，并 采用相同的TCP/IP协议。
2020/10/23
1.2.4 Internet在中国的发展
Internet在我国的发展经历了两个阶段：
第一阶段是1987年～1994年，这一阶段实际上只是国内少数高等院 校、研究机构与国外大学和科研机构合作，通过X.25线路实现和 Internet电子邮件系统的互联，还谈不上真正的Internet。
为Internet的一份子。
2020/10/23
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1.5 Internet 的协议结构
1.5.1 ISO/OSI参考模型
1984年，国际标准化组织（ISO）发表了著名的ISO/IEC 7498标 准，定义了网络互连的7层框架，这就是开放系统互连参考模型， 即ISO/OSI RM，如图1-2所示。
2020/10/23
2020/10/23
（1）网络接口层（Host to Network Layer）
事实上，TCP/IP参考模型并没有真正定义这一部分，只是指出在 这一层上必须具有物理层和数据链路层的功能。
包含了多种网络层协议，如以太网协议（Ethernet）、令牌环网协 议（Token Ring）、分组交换网协议（X.25）等。
电网络 - 第一章网络理论基础(1)
4 网络及其元件的性质(一)（分类依据）： 1） 集中性与分布性： 如果在任何时刻 t ，流入任一端子的电流恒等于其它端子流 出的电流的代数和，则该元件称为集中参数元件（简称集 中元件），否则称为分布参数元件（简称分布元件）。
这是一种形象、直观的描述，实际上与我们大学本科 的定义是一样的。（元件或网络的几尺寸远远小于其 传播的电磁波的波长）。 描述集中元件电路（网络）方程的一般形式是常微分 方程。
第四章 电路的代数方程
§4- 1概述
§4- 2支路方程的矩阵形式
§4- 3电路代数方程的矩阵形式
§4- 4混合分析法（重点） §4- 5约束网络法（简介）
§4- 6稀疏表格法 §4- 7改进节点法（重点） §4- 9端口分析法（重点）
第六章 网络函数与稳定性
§6-3信号流图（Mason公式）
第七章 网络的灵敏度分析（重点）
证：设
u1 (t ) , i1 (t )
1 L(t )i1(t )
为其任意容允许偶,T为任意实常数 则有：
令： i2 (t ) i1 (t T )
2 L(t )i 2 (t ) L(t )i1(t T )
对应的电压分别为：
与 i1 (t ) , i2 (t ) i1 (t T )
§1- 1 网络及其元件的基本概念 §1-2 基本二端代数元件 §1-3高阶二端代数元件 §1-4代数多口元件 §1-5动态元件（简介） §1-11网络及元件的基本性质 §1-8 图论的基础知识～§1-10网络的互联规律性
第三章 多口网络
§3-1非含源多口网络的常见矩阵表示法 §3-2含源多口网络（的常见矩阵表示法） §3-3多口网络的等效电路（星网变换） §3-6不定导纳阵（归入第四章讲）
信息论与编码第一章信息论基础新
4/24/2020
4
（1）“信息”作为通信的消息来理解
在此意义下，信息可理解为人们在交流与 通信时所要告诉对方的某种内容，如消息、 情报、知识等。
➢朋友的信件与电话、 ➢电台的天气预报、 ➢球赛的电视转播等等，
m
p(xi y j )
p(xi y j )
27
i 1
j 1
生物如不能从外部感知信息，就不可能适当地调 整自己的状态，改善与外部世界的关系来适应这 种变化，不能避免被淘汰的厄运。
从外界摄取信息和利用信息的能力是一切生物得 以生存的必要条件，生物越高级，摄取和利用信 息的本领越高超。
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10
小结
信息与人类的关系密切
作为通信的消息，我们通过书信、电话、电报、电视、音 乐等与之接触，与人交往。
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研究的目的
寻找信息传输过程中应遵循的规律，用于 指导通信系统的设计，使其具有更高的可 靠性和有效性。
所谓可靠性高，即通信接收端重现的消息失真尽 量小。
所谓有效性高，即信息传输的时间短，经济效果 好，设备简单。
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研究的内容
基础 信息论
一般信 息论
广义
信息 论
不确定性的大小如何度量呢？ 不确定性－》随机性－》概率论
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例1：天气预报 10月份，北京天气， 经常出现的天气：晴间多云、晴、多云 其次：多云转阴、阴、阴有小雨 最后：小雪、大雪的概率很低 听天气预报前，我们可以大概猜出天气的情况：晴间多云、
晴、多云 如果预报讲是：晴间多云、晴、多云，与我们的猜测一致，
第一章信息技术基础知识
第一章信息技术基础知识（1）第一章信息技术基础知识单选题1-50 ，填空题1-20、单选题1．近代信息技术的发展阶段的特征是以A 为主体的通信技术。
A.电传输B.光缆、卫星等高新技术C .信息处理技术D .书信传递2．在信息技术整个发展过程中，经历了语言的利用、文字的发明、印刷术的发明、B和计算机技术的发明和利用五次革命性的变化。
A.农业革命B .电信革命C .工业革命D .文化革命3. B第一台数字电子计算机ENIAC在美国诞生拉开了第五次信息革命和现代信息技术发展的序幕。
A. 1945年B. 1946年C. 1947年D. 1948年4.信息资源的开发和利用已经成为独立的产业，即C。
A.第二产业B .第三产业C .信息产业D .房地产业5.知识是经过加工和D的，通过认识主体所表达的条理化的信息。
A.研究确定B .反复叙述C .理论论证D .实践检验6.自然信息和社会信息一起构成了当前人类社会的信息体系，人们每时每刻都在自觉或不自觉地接受和B 信息。
A.认识B.传播C .存储D .复制7.冯•诺依曼结构的计算机是将计算机划分为运算器、控制器、输入设备、输出设备和A 等五大部件。
A.存储器B. CPU C高速缓冲器D .硬盘8. 电子管又称为真空管，其三个主要电极有阴极、栅极和B。
A. 集电极B•屏极C .基极D .发射极9. 以下D不是电子计算机的发展趋势A. 巨型化B.微型化C .网络化D .专业化10.计算机中使用辅助存储器作为虚拟存储，用于提高计算机的C。
A.命中率B•运行速度C .存储容量D .运算能力11.信息处理技术是建立在信息基础技术上的，具体实现对信息获取、C处理、控制和存储的技术。
A.检索B•排序C .传输D .转换12.计算机系统能够实现多任务、多用户作业，在于它BoA.采用实时操作系统B .采用并行操作系统C•采用多道程序设计技术D .采用图形界面操作系统13.计算机操作系统的基本任务是指CoA.网络资源管理和系统资源管理B .系统资源管理和信息管理C.人机接口界面管理和系统资源管理D .人机接口界面管理和信息管理14.目前制造计算机所采用的电子器件是A.晶体管B.超导体C.中小规模集成电路D.超大规模集成电路15.一般认为，信息(information)A.数据B.人们关心的事情的消息C.物质及其运动的属性及特征反映D.记录下来的可鉴别的符号16.信息一般可以分为自然信息和A.人文信息B.历史信息C.社会信息D.生产力17. 现代信息技术的基础技术是 DA.新材料和新能量B.电子技术、微电子技术、激光技术C.信息技术在人类生产和生活中的各种具体应用D.传感技术、计算机技术、通信技术、控制技术 18. 在信息技术整个发展过程中，经历了一系列革命性的变化，包括语言的利用、 A.农业革命B.电信革命C.工业革命D.文化革命19. 信息可以通过声、图、文在空间传播的特性称为信息的A.时效性B.传递性C.存储性D.可识别性20. 美国科学家莫尔斯成功发明了有线电报和莫尔斯电码, 技术发展的序幕。
GSM网络基础知识
• 信息交换，不仅指双方的语音通话，还包括文字、 图像、传真等数据业务。
第6页，共77页。
引入的概念
➢ 移动用户：包括ME和SIM卡 ➢ 拜访位置寄存器VLR：暂时存储来访用户数据，VLR集成到一个被称为移动服
务交换中心MSC的交换机中。 ➢ 归属位置寄存器HLR：永久存储用户数据和用户当前位置VLR地址。 ➢ 登记：用户通过无线网络空中接口连接至VLR，通过VLR去HLR确认身份后，在VLR中暂
行信道，点对点方式传播。
• ---快速随路控制信道（FACCH）：它与一个TCH相关。工作于借用模式，即在话音传输过程 中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用20ms的话音 （数据）来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的话音，因此这种 中断不被用户查觉。
GSM基础理论
第1页，共77页。
GSM基础理论
• 第一章 基础概念 • 第二章 ＧＳＭ系统的组成
• 第三章 移动区域与编号计划
• 第四章 安全性管理 • 第五章 移动性管理
• 第六章 ＧＳＭ网的呼叫建立 • 第七章 常见的业务流程
第2页，共77页。
GSM系统历史背景
• GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝 移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS （全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内 系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公 共的系统，1982年北欧国家向CEPT提交了一份建议书，要求制定900MHz 频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准 学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组（Group SpecialMobile）简 称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。
电网络分析理论第一章网络理论基础小结
例5 设双口电感元件的电感矩阵为
L
L1
M
21
M12
L2
证明该元件是无源元件的充分必
要条件是对称正定。
证明： 1°必要性的证明
双口电感元件
u1
L1
di1 dt
M 12
di2 dt
的伏安关系为
u2
M 21
di1 dt
L2
di2 dt
该元件在时刻t吸收的能量为
t
W (t) (u1i1 u2i2 )d
i（t）
dq(t)，q（t） i（1）
t
i（t）dt
dt
u（t）
d (t)， (t) u（1（） t）
t
u（t）dt
dt
t
p（t） u（t）i（t），W（t） p（t）dt
狭义关系
u
电阻元件
i
电 容 元 件
电 感 元 件
q
忆阻元件
广义关系
A
Bf
Qf
KCL Ai=0
i = BfT il
分条件。（无源封闭性）
证明
设多口网络由个无源元件组成，这些元
件可以是二端的，也可以是多端的。令
｛uk，ik｝表示第k个元件的容许信号偶 (k＝1，2，…，l)，则对于网络内部的
容许信号偶｛ub，ib｝，有
l
uTb ib
u
T k
i
k
k 1
l
uTb ib
u
T k
i
k
k 1
特勒根定理的多端口形式
b
ukik 0
k 1
2. 拟功率守恒定理
uTb ˆib
ˆibT ub
信息论及编码理论基础(第一章)
定信源到底发送什么样的消息。而通信的目的也就是要使接收者在接收到消息
后，尽可能多的解除接收者对信源所存在的疑义（不定度），因此这个被解除
的不定度实际上就是在通信中所要传送的信息量。
*
11
信息与信息量
由于客观信息的多样性，要想给出一个能够包 罗万象的统一定义，在此基础上建立起一套信 息理论几乎是不大可能的。
系统
*
34
信息论发展简史
1948年shannon信息论奠基
宋 陈亮《梅花》诗： “欲传春信息，不怕雪埋藏。”
《水浒传》第四四回： 宋江大喜，说道：“只有贤弟去得快，旬日便知信息。”
巴金《家》 三一：“二表哥的事情怎样了？为什么连信息也不给我一个？”
*
22
二、Shannon信息论的中心问题
“信息论”，又称为“通信的数学理论”，是研究信息的传输、 存储、处理的科学。
*
13
*
14
第一章：引论（简介）
一、通信系统模型 二、Shannon信息论的中心问题 三、Shannon信息的概念 四、概率复习内容
*
15
一、通信系统模型
信源、信道、信宿 信源是消息的来源， 信道是消息传送媒介， 信宿是消息的目的地。
信源
编码器
信道
译码器
干扰源
*
信宿
16
通信系统模型进一步细分
信息论及编码理论基础 (第一章)
教材
王育民、李晖， 信息论与编码理论 （第2版）， 高等教育出版社， 2013.
*
2
参考书
Thomas M. Cover, Joy A. Thomas, Elements of Information Theory，2nd ed, WILEY Press, 2006. 阮吉寿 张华 译 信息论基础，机械工业出版社，2007.
信息论基础
信息论研究的目的
研究这样一个概括性很强的通信系统，其目的就是 要找到信息传输过程的共同规律高信息传输的可靠性、 有效性、保密性、认证性，使达到信息传输系统最优 化。 可靠性：就是要使信源发出的消息经过信道传输以 后，尽可能准确地、不失真地再现在接收端。 有效性：就是经济效果好，即用尽可能短的时间和 尽可能少的设备来传送一定数量的信息。
信息论研究的对象、目的和内容
信源 消息
编码器 信号
信道
译码器 信号+干扰 消息
信宿
噪声源
通信系统模型图
信息论研究的对象、目的和内容
信息论研究的对象:正是这种统一的通信系统模型,人们通过系统 中消息的传输和处理来研究信息传输和处理的共同规律. 这个模型主要分成下列五个部分: 1、信息源（简称信源） 顾名思义，信源是产生消息和消息序列的源。它可以是人， 生物，机器或其他事物。它是事物各种运动状态或存在状态的集 合。 如前所述，“母亲的身体状况”，“各种气象状态”等客观存在 是信源。人的大脑思维活动也是一种信源。信源的输出是消息， 消息是具体的，但它不是信息本身。消息携带着信息，消息是信 息的表达者。
信息论基础
刘昌红
第一章 绪论
1、信息的概念 2、信息论研究的对象、目的和内容 3、信息论发展简史与信息科学
信息的概念
1、信息论的定义：信息论是人们在长期通信工程的实践中， 由通信技术与概率论、随机过程和数理统计相结合而逐步发 展起来的一门科学。 2、信息论的奠基人：是美国科学家香农 (C.E.Shannon)，他 在1948年发表了著名的论文《通信的数学理论》，为信息论 奠定了理论基础。 3、香农信息的定义：信息是事物运动状态或存在方式的不 确定性的描述,这就是香农信息的定义。 4、信息、情报、知识、消息及信号间的区别与联系。
信息论基础
信息论研究的内容
信息论研究的内容一般有以下三种理解： 1、狭义信息论：也称经典信息论。它主要研究信息 的测度、信道容量以及信源和信道编码理论等问题。 这部分内容是信息论的基础理论，又称香农基本理论。 2、一般信息论：主要也是研究信息传输和处理问题。 除了香农理论以外，还包括噪声理论、信号滤波和预 测、统计检测与估计理论、调制理论、信息处理理论 以及保密理论等。 后一部分内容是以美国科学家维纳(N.Wiener)为代表， 其中最有贡献的是维纳和苏联科学家柯尔莫哥洛夫 (A.KOnMOropoB)。
信息论研究的对象、目的和内容
信源
编码器
消息
信号
信道
译码器
信号+干扰
消息
信宿
噪声源
通信系统模型图
信息论研究的对象、目的和内容
信息论研究的对象:正是这种统一的通信系统模型,人们通过系统 中消息的传输和处理来研究信息传输和处理的共同规律. 这个模型主要分成下列五个部分: 1、信息源（简称信源）
顾名思义，信源是产生消息和消息序列的源。它可以是人， 生物，机器或其他事物。它是事物各种运动状态或存在状态的集 合。 如前所述，“母亲的身体状况”，“各种气象状态”等客观存在 是信源。人的大脑思维活动也是一种信源。信源的输出是消息， 消息是具体的，但它不是信息本身。消息携带着信息，消息是信 息的表达者。
信息论基础
刘昌红
第一章 绪论
1、信息的概念 2、信息论研究的对象、目的和内容 3、信息论发展简史与信息科学
信息的概念
1、信息论的定义：信息论是人们在长期通信工程的实践中， 由通信技术与概率论、随机过程和数理统计相结合而逐步发 展起来的一门科学。 2、信息论的奠基人：是美国科学家香农 (C.E.Shannon)，他 在1948年发表了著名的论文《通信的数学理论》，为信息论 奠定了理论基础。 3、香农信息的定义：信息是事物运动状态或存在方式的不 确定性的描述,这就是香农信息的定义。 4、信息、情报、知识、消息及信号间的区别与联系。
信息技术理论基础知识
信息技术基础知识（理论识记部分）第一章 信息技术基础一、信息：指以声音、文字、语言、图像、动画、气味等方式所表示的实际内容。
注意：信息与信息载体的区分，上述中声音、文字、语言、图像、动画、气味是信息的载体。
信息经过加工处理后是人类社会的有价值的资源。
人类社会经历了六次信息革命：1、语言的形成，2、文字的创造，3、造纸术、印刷术的发明，4、电报、电话的发明，5、微电子技术（电子计算机）与现代通信技术的应用和发展，6、多媒体技术的应用和信息网络的普及。
其中目前正在经历的信息革命是第六种。
二、信息技术——I nformation T echnology ，简称IT 。
现代信息技术包括计算机技术和通信技术。
1946年在美国诞生世界上第一台计算机ENIAC 。
“电脑之父”：冯·诺依曼 个人计算机——P ersonal C omputer ，简称PC按电子元件划分，计算机的发展经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模超大规模集成电路四个时代。
“IT 业第一定律”——计算机界的摩尔定律。
现代信息技术正向着智能化、多媒体化、网络化的方向发展。
网络技术(GGG) ——可以将因特网、高性能计算机、大型计算机、传感器、远程设备等融为一体，成为因特网发展的新一波浪潮。
USB —中文含义是“通用串行总线”，是目前流行的MP3等数码设备与计算机连接传递数据的常用接口。
三、信息的处理过程：采集、存储、输入、传输、加工、输出。
信息处理技术：模拟技术（模拟技术是用实物或电压、电流等连续变化着的物理量来表示相应不断变化着的信息）、数字技术（数字技术是把信息编成以0或1表示的二进制代码进行存储和处理。
） 模拟技术处理的信号受外界和元器件影响较大，信息易失真。
数字技术处理的信号受影响较小，信息不易失真；数字技术将逐步取代模拟技术的信息处理。
常见的数字设备有：扫描仪，摄像头，MD 、MP3，数码相机。
计算机是信息处理的最重要的工具。
计算机网络知识点完整版
字符填充,帧的首尾都为一个特殊的标志字节ASCII码
发送方的处理
如果帧中也有该标志字符,则填充一个转义字符
如帧中也有转义字符,则再填充一个转义字符
接收方的处理
位填充成帧法,帧的首尾都为一个固定的8bit01111110作为标志;
发送方的数据中如果碰到连续的5个1,则自动在其后填充0；
第四章 MAC介质访问控制子层
1、了解MAC子层的功能
将上层交下来的数据封装成帧进行发送,接收时进行相反的过程,
实现和维护MAC协议,比特差错控制,寻址
2、明白CSMA/CD的发送和接收过程
NIC处于发送和接收两状态之一,开始接收
完成接收;判定是否帧碎片Jam信号、小于64B,是丢弃；否则继续注意,接收方不负责检测冲突
5、掌握Ethernet的跨距及最短帧长度问题
系统的跨距表示了系统中任意两个站点之间的最大距离范围
传统的以太网是共享性局域网,采用载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议;最小帧长必须大于整个网络的最大时延位最大时延时间内可以传输的数据位64bit;帧如果太短,冲突不能检测到冲突检测最少时间
6、了解网桥或交换机的生成树spanning tree算法原理及过程
源地址
目的地址
可选字段长度可变
填充
5、了解ICMP网际控制报文协议中的ping及pathping或tracert、traceroute
Ping:用来测试两个主机间的联通性
Pathping:提供有关在源和目标之间的中间跃点处网络滞后和网络丢失的信息
Tracert:用于确定 IP 数据包访问目标所采取的
1、了解物理层上的多路复用问题：
FDMA频分复用、TDMA时分复用、WDMA波分复用、CDMA码分多址访问、
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通 通信网络的基本构成 本 成
物理传输链路
指在物理传输媒介（如双绞线、 同轴电缆、光纤、微波传输系统、 卫星传输电路等）上利用一定的 传输标准（它通常规定了电气接 口 调制解调的方式 数据编码 口、调制解调的方式、数据编码 的方式、比特同步、帧格式和复 分接的方式等）形成的传输规定 速率（和格式）的数据比特通道。
网络节点
用户终端（电话机、传真机、 计算机） 路由器 程控交换 计算机），路由器、程控交换 机
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通信网络的协议体系
• What is the communication protocol? – a communications protocol is the set of standard rules for data representation, signaling, authentication
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Evolution of Network - Network
– 电信网络的发展
• PSTN－》ISDN（2B+D）－》BISDN
• 网络模式的发展
– 计算机网络的发展
• LAN，WAN－》 》Internet
– 无线通信网络的发展
• AMPS－》GSM，IS_95－》IMT2000(3G)－》4G
Layer n
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通信协议
是为终端用户提供服 务的，只与终端用户 相关，而与网络无关
主要提供网络服务， 每个网络节点都必须 有实现这些功能的协 议
国家重点实验室
OSI协议的体系结构
第一层：物理层（physical layer）。在 由物理通信信道连接的任一对节点之间， 提供一个传送比特流（比特序列）的虚拟 比特管道。在发端它将从高层接收的比特 流变成适合于物理信道传输的信号，在收 端再将该信号恢复成所传输的比特流。物 理信道包括：双绞线、同轴电缆、光缆、 无线电信道等。
Mobile Telephone p Mobile Internet • 2000s, 2G/3G
• most people connected • Voice, SMS, MMS, email, Web, ……
Mobile Multimedia • 2010s, 3G/4G
• all the people connected • Voice, SMS, MMS, email, Web, TV, VoD……
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通信网络的协议体系
• Example：SMTP and E-mail
• Here a mail client application interacts with a local SMTP server to initiate the delivery of an e-mail message.
低层模块（通信系统黑盒子）本身由更低层的对等模块和更低层的通信系统黑 盒子组成。
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通信网络的协议体系
Layer n+1
Peer Interface (n+1)-PDU n-SAP n-SDU SDU n-SDU H n-SAP n-SDU SDU
• The communication between peer processes is usually virtual in the sense that no direct communication link exists between them. •The behavior of the layer n entities titi is i governed d by b a set t of f rules or conventions called the l layer n protocol. t l
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Evolution of Network- Rate
DWDM SONET OC-48 T-4 carrier T-1 carrier
1.0E+14 Trans smission rat te (bits/s) 1.0E+12 1.0E+10 1 0E+08 1.0E+08 1.0E+06 1.0E+04 1.0E+02 1.0E+00 1850 Baudot multiplex Printing telegraph 1875 1900
service: the transfer of information
between users located at various
• What is a communication network?
geographical points.
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Evolution of Network - Traffic
3. The communication parties confirm the manner in which data exchanged.
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通信协议体系
• Example：SMTP and E-mail
• Here a mail client application interacts with a local SMTP server to initiate the delivery of an e-mail message.
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通信网络的协议体系
• A protocol is a set of rules that governs how two or more communicating parties are to interact. When dealing with networks we run into a multiplicity of protocols such as HTTP protocols, HTTP, FTP FTP, and TCP TCP. The purpose of a protocol is to provide some type of communication service.
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通信网络的协议体系
1. The user prepares an e-mail message that 1 includes the recipient’s e-mail address, a subject line, and a body.
• Example：SMTP and E-mail
• 清华牛志升教授的《通信网络基础》课件 • 先修课程《通信网络基础》、《随机过程》
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第一章 章 概述
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1.1 通信网络概述
A communication network, in its simplest form, is a set of equipment and facilities that provides a
4. Set up a TCP connection to the local SMTP server.
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通信网络的协议体系
由于信息的交换必须双方进 行，通信的双方必须有相同 （或相应）的功能块才能完成 给定的通信功能。 在每一层双方两个功能相对 应的模块就称为对等（peer） 模块或对等过程。
• 1990s, 1G/2G
• partial people connected • Voice and SMS only
Mobile ?
• 2020s 2020
• wireless in everything • Ubiquitous service..
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Evolution of Network - Traffic
and error detection required to send information over a communication channel channel.
在计算机网络中，为了使计算机或终端之间能够正确地传递信息，必须 有 整套关于信息传输顺序 信息格式和信息内容等的约定 这 整套 有一整套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定，这一整套 约定称为通信协议 。
宽带无线网络追求的目标
传输目标： 高速（100Mbps~1Gbps） 高效（5~30 bps/Hz） 网络目标： 高用户容量、组网灵活、无缝覆盖 高用户容量 组网灵活 无缝覆盖
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Evolution of Network
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1.1 通信网络的基本构成和协议 基本 成
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The improvement in transmission bit rate over the last 150 years. In this time we have gone from telegraph systems that operated at tens of bits/s to modern optical systems that operate at terabits/s.
1925 1950 1975 2000
1837年Morse code，数字传输系统 数字传输系统 1851, the first submarine cable was established between London and Paris./routing, switch 1874 Baudot system 1874,Baudot system, multiplex multiplex,/1876, /1876 Bell ,telephone telephone 1901,Marconi, send and receive radio signals across the Atliantic,
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通信网的发展方向
• 未来十年网络容量提升千倍