計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展
計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展
計算機網(wǎng)絡(Computer Network)是計算機及其應用技術與通信技術結合的產(chǎn)物，是信息交換和資源共享的技術基礎。為迎接信息社會的挑戰(zhàn)，世界各國紛紛建設信息高速公路(Information Highway)、國家信息基礎設施(National Information Infrastructure)等計劃，其目的就是構建信息社會的重要物質和技術基礎。在信息社會，信息資源已成為社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。計算機網(wǎng)絡是國家信息基礎建設的重要主成部分，也是一個國家綜合實力的重要標志之一。
1946年第一臺電子計算機誕生標志人類向信息時代邁進。計算機應用的發(fā)展使得計算機之間對數(shù)據(jù)交換、資源共享的要求不斷增強，因此互連的計算機-計算機網(wǎng)絡出現(xiàn)了。計算機網(wǎng)絡從20世紀60年代開始發(fā)展，由簡單到復雜、由低級到高級，已形成從小型局域網(wǎng)到全球性的廣域網(wǎng)的規(guī)模。僅在過去的20多年里，計算機技術取得了驚人的發(fā)展，處理和傳輸信息的計算機網(wǎng)絡也成為信息社會的基礎。在今天，日常生活和工作離不開計算機網(wǎng)絡，比如基于資源共享的科學計算、網(wǎng)絡教育、電子商務、電子政務、遠程醫(yī)療、電子郵件、網(wǎng)上娛樂等等。
計算機網(wǎng)絡的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個階段：
1. 20世紀60年代初：面向終端的以單計算機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)
20世紀60年代初，計算機非常龐大和昂貴。為了共享資源，實現(xiàn)信息采集和處理，相對便宜的遠程終端利用通信線路和中央計算機連接起來，形成了面向終端的以單計算機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)，如圖1-1所示。美國航空公司訂票系統(tǒng)(SABRE-1)就是一個例子。該系統(tǒng)以一臺大型計算機作為中央計算機，外聯(lián)2000多臺終端遍布美國各地區(qū)。為了中央計算機更好地發(fā)揮效率進行數(shù)據(jù)的處理與計算，通信任務從中央計算機中分離出來，形成了通信處理機或稱為前端處理機。
2. 20世紀60年代末期：計算機-計算機網(wǎng)絡及分組交換網(wǎng)階段
隨著計算機技術和通信技術的進步，形成了將多個單處理機聯(lián)機終端網(wǎng)絡互連，以多處理機為中心的網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡稱為計算機-計算機網(wǎng)絡，簡稱計算機網(wǎng)絡，如圖1-2所示。在這一階段，由美國國防部高級計劃屬ARPA建成了分組交換網(wǎng)-ARPANET。該網(wǎng)絡橫跨美國東西部地區(qū)，主要連接政府機構、科研教育及金融財政部門，并通過衛(wèi)星與其他國家實現(xiàn)網(wǎng)際互聯(lián)。ARPA網(wǎng)的主要技術創(chuàng)新體現(xiàn)在分組交換技術的應用及連接節(jié)點都是獨立的計算機系統(tǒng)，而且信道采用寬帶傳輸，網(wǎng)絡作用范圍大，拓撲結構靈活。另外，在此期間美國貝爾(Bell)實驗室的科研人員發(fā)明了(Newhall)環(huán)型網(wǎng)絡，其基本原理被后來的令牌環(huán)繼承，
3. 20世紀70年代：計算機網(wǎng)絡體系結構標準化與局域網(wǎng)研發(fā)階段
在這個時期，各計算機廠商制定自己的網(wǎng)絡技術標準，并最終形成了計算機網(wǎng)絡體系結構的國際標準。IBM公司提出了系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構SNA(System Network Architecture)標準，DEC公司提出了數(shù)字網(wǎng)絡體系結構DNA(Digital Network Architecture)標準。隨后，國際標準化組織ISO成立了計算機與信息處理標準化委員會(TC97)下的開放系統(tǒng)互連分技術委員會(SC16)，并于1981年制定了“開發(fā)系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)”計算機網(wǎng)絡的一系列國際標準。作為國際標準，OSI規(guī)定了可以互聯(lián)的計算機系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，為計算機網(wǎng)絡互聯(lián)的發(fā)展打下了基礎。
4. 20世紀80年代：局域網(wǎng)標準化和發(fā)展階段
個人計算機及通信技術的進步推動了部門和單位內部網(wǎng)絡的發(fā)展。這樣的網(wǎng)絡地理范圍通常在十公里以內，稱為局域網(wǎng)。在這一時期，美國3大公司Xerox、DEC和Intel聯(lián)合公布了局域網(wǎng)的DIX標準，以太規(guī)范。美國電子與電氣工程師協(xié)會(IEEE)計算機學會的802局域網(wǎng)委員會成立，并相繼提出了IEEE802.1~802.14等局域網(wǎng)標準，成為局域網(wǎng)國際標準。同時，隨著光纖技術的發(fā)展以及通信業(yè)務的多媒體化，使寬帶通信業(yè)務得到迅猛的發(fā)展，出現(xiàn)了光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)的高速局域網(wǎng)技術，也推動了分布式隊列雙總線(DQDB)和多兆位數(shù)據(jù)交換服務(SMDS)等城域網(wǎng)技術的開發(fā)。
5. 20世紀90年代：Internet蓬勃發(fā)展階段
互連網(wǎng)(internet)是泛指由多個計算機網(wǎng)絡互連而成的計算機網(wǎng)絡, 它使得互連接的計算機用戶可以進行通信，即從功能上和邏輯上看，這些機器互連在一起，組成一個網(wǎng)絡系統(tǒng)。當前世界最大的、開放的互連網(wǎng)是因特網(wǎng)(Internet)，由眾多網(wǎng)絡相互連接而成的特定的計算機網(wǎng)絡，采用TCP/IP協(xié)議族。Internet使得世界各地的計算機用戶通過高速網(wǎng)絡共享信息資源。
Internet網(wǎng)始于 60 年代，前身是由美國聯(lián)邦政府開發(fā)的 ARPANET 網(wǎng)。1986年，美國國家科學基金會(NSF)建立了國家基金網(wǎng)(NSFNET)，覆蓋了全美主要的大學和研究機構。隨著NSFNET主干網(wǎng)速率的不斷提高，它成為Internet的主要組成部分。1991年以來，Internet不斷擴大，各國的大學、研究部門、政府機構、商業(yè)組織紛紛接入。尤其英國科學家Tim Berners-Lee開發(fā)的WWW(World Wide Web)技術的成熟應用，有力地促進了Internet的推廣應用?，F(xiàn)在Internet包括了幾十萬個全球范圍內的局域網(wǎng)，這些局域網(wǎng)通過主干廣域網(wǎng)互聯(lián)起來。在互聯(lián)網(wǎng)上，每天增加上百萬的新網(wǎng)頁，成為現(xiàn)實社會最大的信息公告板。與此同時，電子商務、電子政務的發(fā)展，進一步促進了信息技術的應用，通信技術的長足發(fā)展與網(wǎng)絡技術的緊密結合，使得電信網(wǎng)絡、電視網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡向著融合統(tǒng)一的趨勢發(fā)展。
計算機網(wǎng)絡的構成
計算機網(wǎng)絡是一種將地理位置不同的、具有獨立功能的計算機通過通信設備和線路連接起來，按照網(wǎng)絡協(xié)議進行通信以實現(xiàn)信息傳遞和資源共享的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡的本質是把兩臺以上具有獨立功能的計算機系統(tǒng)互連起來，提供若干個計算機之間的連通性，以達到資源共享和遠程通信的目的。
計算機網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)。從邏輯上，計算機網(wǎng)絡被劃分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)。由通信處理機、通信線路和其他通信設備構成的通信子網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸，由主機及與主機相聯(lián)的終端及其他外設、各種軟件資源和信息資源構成的資源子網(wǎng)負責數(shù)據(jù)處理，為網(wǎng)絡用戶提供網(wǎng)絡服務。通信處理機也稱為網(wǎng)絡中間節(jié)點或網(wǎng)絡節(jié)點，通常由網(wǎng)絡互連設備如路由器等組成。網(wǎng)絡中的主機可以是大型機、小型機、服務器、工作站和個人計算機。
從計算機網(wǎng)絡的實現(xiàn)上，它由網(wǎng)絡硬件和網(wǎng)絡軟件構成。
1. 網(wǎng)絡硬件：網(wǎng)絡連接設備及實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和處理的硬件。包括網(wǎng)絡互連設備，聯(lián)網(wǎng)部件、傳輸介質、服務器及客戶機(工作站或個人計算機)等。
常用的網(wǎng)絡互連設備包括網(wǎng)橋、交換機、路由器和網(wǎng)關。根據(jù)網(wǎng)絡互連的不同層次，使用不同的網(wǎng)絡互連設備。這些設備構成了網(wǎng)絡的中間節(jié)點，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡節(jié)點間數(shù)據(jù)的存儲和轉發(fā)。
聯(lián)網(wǎng)部件主要包括網(wǎng)卡或適配器、調制解調器、連接器、收發(fā)器等。例如，通過局域網(wǎng)接入Internet必須使用網(wǎng)卡，通過電話線接入Internet必須使用調制解調器(Modem)。
傳輸介質，也稱為通信媒體。主要有同軸電纜、雙絞線、光纖及微波、無線電、紅外線等。它們構成通信雙方的通信介質，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
服務器是為客戶端(網(wǎng)絡用戶)計算機提供各種服務的高性能計算機。根據(jù)其用途不同，可以分為WWW服務器，郵件服務器，文件傳輸服務器等。
客戶機是指網(wǎng)絡用戶方計算機，可以是工作站、個人計算機，甚至是終端。
2. 網(wǎng)絡軟件：網(wǎng)絡協(xié)議、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)及其他應用軟件
網(wǎng)絡協(xié)議是網(wǎng)絡中實體之間通信的規(guī)則和標準。大多數(shù)網(wǎng)絡協(xié)議都是分層實現(xiàn)的，每一層的協(xié)議定義了該層通信雙發(fā)的通信規(guī)則，并向它的上一層提供透明服務。常見的網(wǎng)絡協(xié)議如TCP/IP協(xié)議族、IPX/SPX等。
網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)資源共享，管理用戶的應用程序對不同資源的訪問。如Windows 2000、Windows NT、NetWare、UNIX等。通常網(wǎng)絡操作系統(tǒng)還提供各種設備如網(wǎng)卡的驅動程序。
其他應用軟件包括用于實現(xiàn)網(wǎng)絡用戶與網(wǎng)絡接入的認證管理以及監(jiān)控、審計、計費等的網(wǎng)絡管理軟件;用于保證網(wǎng)絡系統(tǒng)不受惡意代碼、行為和病毒破壞，實現(xiàn)入侵檢測等的網(wǎng)絡安全軟件;為網(wǎng)絡用戶提供服務的網(wǎng)絡應用軟件。
網(wǎng)絡軟件與運行于單個計算機上的軟件相比，它實現(xiàn)了網(wǎng)絡特有的資源共享、相互通信的功能。與分布式軟件相比，網(wǎng)絡軟件側重于數(shù)據(jù)在源和目的地之間地傳輸，而不是信息處理透明和自動地完成。