计算机网络技术是计算机技术 与通信技术相结合的产物 第1章 *计算机网络概述 --

计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物，随着计算机技术和通信技术 的发展，计算机网络技术也在飞速地向前发展。如今，计算机网络已经成为信息存储、传 播和共享的有力工具，成为信息交流的最佳平台。了解计算机网络知识，掌握计算机网络 技术已经成为当今社会成员在网络化和数字化世界生存的基本条件。实践证明，合理、巧 妙地利用计算机网络可以极大地提高效率，缩短时空距离。

1.1计算机网络的形成与发展

计算机网络是由计算机设备、通信设备、终端设备和网络软件等组成的大的计算机系 统，计算机网络中的各个计算机系统都具有独立的功能，它们在脱离网络时仍然可以单独 使用。

1.1.1计算机网络的形成 1 •计算机网络的基本概念 所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置、具有独立功能的多个计算机系统利用通 信设备和通信线路互连起来，并通过功能完善的网络软件实现网络中的资源共享和信息传 递的系统。 由以上的概念可以看岀，一个计算机网络应包括如下 3个要素。 (1) 多个具有独立功能的计算机系统(为用户提供服务和所要共享的资源) (2) 由各种通信设备和通信线路组成的通信子网。 (3) 功能完善的网络软件(为用户共享网络资源和信息传递提供管理和服务) 建立计算机网络的目的就是实现资源共享和信息传递。

2 •计算机网络的形成 任何一种新技术的岀现都必须具备两个条件，即强烈的社会需求与先期技术的成熟， 计算机网络技术的形成与发展也证实了这条规律。随着计算机应用的发展，岀现了多台计 算机互连的需求，这种需求主要来自军事、科学研究等领域，人们希望将分布在不同地点 的计算机通过通信线路连接起来，用户不仅可以使用本地计算机的资源，也可以使用联网 的其他计算机的资源，以达到计算机资源共享的目的。 在计算机发展的早期阶段，计算机所采用的操作系统多为分时系统。分时系统将主机 时间分成片，然后分配给用户一定的时间片。分时系统允许每一个用户通过只有显示器和 键盘的哑终端来使用主机。哑终端很像微机，但它没有自己的 CPU内存储器和硬盘。依靠 哑终端，成百上千的用户可以同时访问主机。由于时间片很短，使用户产生了错觉，以为 主机完全为自己所用。后来，为了支持远程用户和提高主机的使用效率，哑终端逐渐发展 成为具有基本处理能力的脱机终端，脱机终端本身具有一定的处理能力，它对用户下达的 任务进行简单处理之后，以批处理的方式与主机通信，这样，就形成了计算机网络的雏形。

1.1.2计算机网络的发展 计算机网络的发展可以概括为 4个主要阶段，即计算机网络的产生阶段、多标准共存 的蓬勃发展阶段、统一标准的互联网阶段和信息高速公路阶段。

1 •第一阶段：计算机网络的产生阶段（面向终端的远程联机系统） 计算机网络的雏形是面向终端的远程联机系统。在 20世纪50年代初，由于美国军方 的需要，建立了半自动化地面防空系统，该系统进行了计算机技术与通信技术相结合的尝 试，它将远距离的雷达和其他设备的信息，通过通信线路汇集到一台计算机上，第一次实 现了计算机远距离集中控制和人机对话。这就是最早的所谓的计算机网络，它可以把地理 位置上分散的多个终端通过通信线路连接到一个中心计算机上，用户可以在自己的办公室 内的终端上输入数据和程序，通过通信线路传输到中心计算机上，分时访问和使用中心计 算机的资源，进行信息处理，并将处理结果再通过通信线路送回用户终端显示和打印。由 于终端不具有独立的处理能力，因此面向终端的远程联机系统并不是真正意义上的计算机 网络，只是计算机网络的萌芽阶段，这个阶段的发展时期为 20世纪50年代初到60年代中 期。 当初主机的设计主要是进行数据处理，在主机开始连接远程终端时，数据处理和通信 处理都要由主机来完成，这就大大增加了主机的负担，降低了主机的数据处理效率。前端 处理机的岀现，使得数据处理和通信处理两项功能分别由计算机和通信设备来实现，从而 提高了计算机资源和通信资源的利用率。 20世纪60年代美国航空公司建立了航空订票系 统，该系统以一台大型计算机为中心计算机，与分散在全美国的 2 000多个终端相连接， 这是一个典型的面向终端的远程联机系统。 计算机网络产生阶段的主要特点是以主机为中心，面向终端，终端一般没有自主处理 能力。

2 •第二阶段：多标准共存的蓬勃发展阶段 这一阶段研究的典型代表是 ARPANER通常称为 ARPA网，ARPA的全称是美国国防部高 级研究计划局）。1969年美国国防部高级研究计划局提岀将多个大学、 公司和研究所的多台 计算机互连的课题。 1969年建成了著名的远程分组交换式网络 ARPANET开始时ARPA网只 有4台主机相连接，1973年发展到40台主机相连接，到 1983年已经有100多台不同型号 的大型计算机连接在网内，它横跨美国东西部地区，连接了美国主要的政府机构、科研、 教育及财政金融部门， 并通过卫星与其他国家实现了网际互联。 ARPANET是计算机网络技术 发展的一个重要里程碑，它对推动计算机网络的发展具有深远的意义。当时它已经能够将 分布在不同地理位置且能独立工作的计算机，利用通信线路和通信设备连接起来，彼此交 换数据、传递信息，不仅可以共享主机的资源还可以共享其他用户的资源。 20世纪70年代末，随着微机应用的推广，微机联网的需求也随之增大，各种基于微机 互连的局域网纷纷出台。这个时期局域网系统的典型结构是在共享介质通信平台上的共享 文件服务器结构，即为所有联网微机设置一台专用的可共享的网络文件服务器。每个微机 用户的主要任务仍在自己的微机上进行，仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文 件服务器，这体现了计算机网络中各计算机之间的协同工作，这种基于文件服务器的网络 对网内计算机进行了分工，微机面向用户，服务器专用于提供共享文件资源，所以它实际 上就是一种客户机 /服务器模式。 这个阶段的发展时期为 20世纪60年代末到70年代后期。

3 •第三阶段：统一标准的互联网阶段 ARPANET第一次完整地实现了分布式的资源共享， 为计算机网络的发展奠定了基础， 显 示了计算机网络的优越性，促使许多国家开始组建规模较大的网络。同时，各大计算机公 司和计算机研制部门都投入大量的人力、 财力进行计算机网络体系结构的研究。 1974年IBM 公司率先提岀了系统网络体系结构 SNA 1975年DEC公司提岀了面向分布式网络的数字网 络体系结构 DNA 1976年UNIVAC公司提岀了分布式控制体系结构 DCA其他国家和公司也 纷纷提岀自己的网络体系结构，思想大同小异。同一体系结构的网络产品容易实现互联， 而不同体系结构的产品却很难实现互联。这个时期岀现的网络技术和标准种类很多，由于 商业利益的驱动，各公司都想使自己的技术成为工业生产标准，争夺的结果导致网络产品 彼此互不兼容，用不同公司的产品构建的网络很难或根本无法互通，用户一旦投资使用某 家公司的产品便被套牢，否则以前的投资就会付诸东流。 为了使不同体系结构的网络都能互联，国际标准化组织（ ISO）于1977年成立了专门 机构来研究和制定网络通信标准，以实现网络体系结构的标准化。国际标准化组织于 1984 年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互联的“开放系统互联参考模型 OSI/RM” 从而使计算机网络体系结构实现了标准化。该参考模型为研究、设计、改造和实现新一代 计算机网络系统提供了功能上和概念上的框架，是一个具有指导性的标准。从此，开始了 第三代计算机网络的新纪元，是计算机网络发展的成熟阶段。 这个阶段的发展时期为 20世纪70年代末到整个 80年代。

4 •第四阶段：信息高速公路阶段 从20世纪80年代末开始，计算机技术、通信技术及建立在互联网技术基础上的计算 机网络技术得到了迅猛发展。各国信息基础设施的纷纷建立，多媒体网络及宽带综合业务 数字网（B-ISDN ）的开发和应用，智能网的发展，分布式计算机系统的研究，相继岀现的 百兆以太网、千兆以太网、万兆以太网等高速以太网技术，快速分组交换技术，光纤宽带 网络技术等一系列新技术，都促使了计算机网络的飞速发展，使计算机网络技术进入了一 个崭新的阶段。目前，全球以 In ter net 为核心的高速计算机互联网络已经形成， In ter net 已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。 有一点要提的是，国际标准化组织制定的 OSI七层模型的目的是想使计算机网络世界 有一个统一的标准，网络生产厂商们也认识到统一网络技术标准的好处，即可以打破封闭网络的束缚，为网络产品带来更大的市场空间。进入20世纪90年代，国际标准化组织的 这种努力效果并不明显，而这时的ARPANET经过20多年的发展，已经具有较大的规模，并 更名为Interneto 1990年美国军方宜布关闭ARPANET,同时政府允许私营公司经营Internet 主干网，另一个促使Internet高速发展的原因是WWW技术的发明，它使Internet ±的信 息可以连成体，并使网络的使用简单化。精明的商人们看到了巨大的网络商机，因此大 量的投入使Internet在20世纪90年代每年以指数级增长，并最终实现了计算机网络世界 的大同。具有讽刺意味的是国际标准化组织的目标由Internet实现了，其中的主要原因是 0SI标准过于复杂，另外就是低估了市场的作用.Internet成为事实上的标准后，计算机 网络进入了具有统一标准的持续快速发展阶段。这背后更为深远的意义是，人们不必再为 网络的互联费尽心思，可以放心地去研究各种网络的应用，使网络为人们的生活带来更多 的惊喜和快乐。 第四代计算机网络的特点是网络高速化和业务综合化。网络高速化可以有两个特征： 网络宽频带和传输低时延（低延迟）。使用光纤等高速传输介质和高速网络技术，可实现网 络的高速率；快速交换技术可保证传输的低时延。网络业务综合化是指一个网中综合了多 媒体（语音、视频、图像、数据等）的信息，它的实现依赖于多媒体技术。

5. 计算机网络的发展趋势 进入21世纪，计算机网络正在向着综合化、宽带化、智能化和个性化方向发展。信息 高速公路概念的提出为人们展示了信息化社会的美好前景，它向用户提供声音、图像、图 形、数据和文本的综合服务，实现用户之间的多媒体通信，是网络发展的目标。 在20世纪的最后几年中，人们惊喜的发现，电话、收音机、电视机以及计算机和通信 卫星等领域正在迅速的融合，信息的获取、存储、处理和传输之间的“孤岛现象”随着计 算机网络和多媒体技术的发展而逐渐消失，曾经独立发展的电信网络、电视网络和计算机 网络已在不断融合（三网融合），新的信息产业正以强劲的势头迅速崛起。相信由“三网融 合”到真正的“三网合一”会是今后网络发展的一种趋势。