1.1 计算机网络发展概述

从20世纪50年代开始发展起来的计算机网络技术,随着计算机和通信技术的飞速发展而进入了一个崭新的时代。信息技术的迅猛发展,特别是当今新一轮计算机发展热潮的到来,使得计算机网络技术面临新的机遇和挑战,同时也将促进网络技术的进一步发展。

1.1.1 计算机网络

计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物,是随社会对信息的共享和信息传递的要求而发展起来的。所谓的计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统相互连起来,以功能完善的网络软件(如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统等)来实现网络中信息传递和资源共享的系统。这里所谓功能独立计算机系统,一般指有CPU的计算机。

1.1.2 计算机网络的演变和发展

1.联机系统

所谓联机系统,即以一台中央主计算机连接大量在地理上处于分散位置的终端。所谓的终端通常指一台计算机的外部设备,包括显示器和键盘,无中央处理器(CPU,Central Processing Unit)和内存。

随着连接终端数的增加,为了减轻中心计算机的负担,在通信线路和中心计算机之间设置了一个前端处理机(FEP,Front End Processor)或通信控制器(CCU,Communication Control Unit),专门负责与终端之间的通信控制,出现了数据处理与通信控制的分工,以便更好的发挥中心计算机的处理能力。另外,在终端较集中的地区,设置集线器和多路复用器,通过低速线路将附近群集的终端连至集线器和复用器,然后通过高速线路、调制解调器与远程计算机的前端机相连,构成如图1.1所示的远程联机系统。

图1.1以单计算机为中心的远程联机系统结构示意图

2.计算机互联网络

从20世纪60年代中期开始,出现了若干个计算机互连系统,开创了计算机——计算机通信时代。随后各大计算机公司都陆续推出了自己的网络体系结构,以及实现这些网络体系结构的软件硬件产品。1974年IBM公司提出的SNA(System Network Architecture)和1975年DEC公司推出的DNA(Digital Network Architecture)就是两个著名的例子。但这些网络也存在不少弊端,主要问题是各厂家提供的网络产品实现互连十分困难。这种自成体系的系统称为“封闭u盘装系统工具”系统。因此,人们迫切希望建立一系列的国际标准,渴望得到一个“开放”系统,这正是推动计算机网络走向国际标准化的一个重要因素。

第二阶段典型的计算机网络如图1.2所示。这一阶段计算机网络的主要特点是:资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议,这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。但这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的,没有统一标准。

图1.2以多计算机为中心的网络结构示意图

3.标准化网络

20世纪70年代中期,计算机网络开始向体系结构标准化的方向迈进,即正式步入网络标准化时代。1984年ISO正式颁布了一个开放系统互连参考模型的国际标准0SI7498。模型分为七个层次,有时也被称为 ISO/OSI七层参考模型。从此网络产品有了统一的标准,同时也促进了企业的竞争,尤其为计算机网络向国际标准化方向发展提供了重要依据。

20世纪80年代,随着微型机的广泛使用,局域网获得了迅速发展。美国电气与电子工程师协会(IEEE)为了适应微机、个人计算机(PC)以及局域网发展的需要,于1980年2月在旧金山成立了IEEE802局域网络标准委员会,并制定了一系列局域网络标准。在此期间,各种 局域网大量涌现。新一代光纤局域网一一光纤分布式数据接口(FDDI)网络标准及产品也相继问世,从而为推动计算机局域网络技术进步及应用奠定了良好的基础。这一阶段典型的标准化网络结构如图1.3所示,通信子网的交换设备主要是路由器和交换机。

图1.3标准化网络结构示意图

4.网络互连与高速网络

进入20世纪90年代,随着计算机网络技术的迅猛发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施(National Information Infrastructure)后,全世界许多国家都纷纷制定和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络技术的发展。使计算机网络的发展进入一个崭新的阶段,这就是计算机网络互连与高速网络阶段。

目前,全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成,Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络被称为第四代计算机网络。网络互连与高速网络如图1.4所示。

图1.4网络互连与高速网络结构示意图

1.1.3 信息社会对网络技术的挑战

在信息社会,人们的工作、生活、学习和娱乐在很大程度上不再受地理环境的一键u盘装系统限制,而大部分可在家庭进行,也即人们的就业方式、生产方式、工作方式、学习方式以至生活方式将发生深刻变化。光纤、数据通信、卫星通信和移动通信等现代信息技术将使世界范围内的交流变得更加方便,真正实现所谓天涯若比邻。

应该看到,信息社会对网络技术提出了新的挑战、新的要求,特别是业务量的增长、网络站点数的扩大、以及多媒体的应用,要求网络的规模更大、带宽更宽、速率更高。

1.1.4 信息高速公路必将加速网络技术的进一步发展

1993年9月,美国克林顿政府做出了一项重大决策,即放弃已经花费300亿美元的星球大战计划,终止拟投入80～120亿美元的超导对撞机计划,放慢航天计划步伐,推出一项举世瞩目的高科技项目一一国家信息基础设施(NII),也被称为信息高速公路计划。

信息高速公路是“网络的网络”,是一个由许多客户机/服务器和同等层一同等层组成的大规模网络,它能以每秒数兆位、数十兆位、甚至数千兆位的速率在其主干网上传输数据。 它是由通信网、计算机、数据库以及日用电子产品组成的所谓无缝网络,从纵向可分为五个层次:

(1)物理层

包括对声音、数据、图形和图像等信息进行传输、计算、存取、检索及显示等操作的设备,如摄像机、扫描仪、键盘、传真机、计算机、交换机、光盘、声像盘、磁盘、电缆、电线、光纤、光缆、转换器、电视机、监视器、打印机等。

(2)网络层

将以上设备及其他设备物理地相互连接成一体化的、交互式的、用户驱动的无缝网络。其中包括各项网络协议标准、传输编码以及保证网络的互连性、互操作性、隐私性、保密性、安全性与可靠性等功能的运作体制。

(3)应用层

由各行各业的计算机应用系统与软件系统组成。

(4)信息库

包括电视、广播节目、声像带盘、科技和商业经济数据库、档案图书以及其他媒体或多种媒体信息。

(5)人

包括从事信息操作及其应用的各类各层次人员,还包括开发应用系统和服务系统的人员,设计与制造的人员以及从事培训的人员。

学后提问:什么是计算机网络?举出几个网络的例子。