計算機網絡的形成與發展
計算機網絡的形成與發展
計算機網絡(Computer Network)是計算機及其應用技術與通信技術結合的產物，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，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展的重要戰略資源。計算機網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。計算機應用的發展使得計算機之間對數據交換、資源共享的要求不斷增強，因此互連的計算機-計算機網絡出現了。計算機網絡從20世紀60年代開始發展，由簡單到復雜、由低級到高級，已形成從小型局域網到全球性的廣域網的規模。僅在過去的20多年里，計算機技術取得了驚人的發展，處理和傳輸信息的計算機網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絡，比如基于資源共享的科學計算、網絡教育、電子商務、電子政務、遠程醫療、電子郵件、網上娛樂等等。
計算機網絡的發展主要經歷了以下幾個階段：
1. 20世紀60年代初：面向終端的以單計算機為中心的聯機系統
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機系統，如圖1-1所示。美國航空公司訂票系統(SABRE-1)就是一個例子。該系統以一臺大型計算機作為中央計算機，外聯2000多臺終端遍布美國各地區。為了中央計算機更好地發揮效率進行數據的處理與計算，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-計算機網絡及分組交換網階段
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機終端網絡互連，以多處理機為中心的網絡，這種網絡稱為計算機-計算機網絡，簡稱計算機網絡，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-ARPANET。該網絡橫跨美國東西部地區，主要連接政府機構、科研教育及金融財政部門，并通過衛星與其他國家實現網際互聯。ARPA網的主要技術創新體現在分組交換技術的應用及連接節點都是獨立的計算機系統，而且信道采用寬帶傳輸，網絡作用范圍大，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明了(Newhall)環型網絡，其基本原理被后來的令牌環繼承，
3. 20世紀70年代：計算機網絡體系結構標準化與局域網研發階段
在這個時期，各計算機廠商制定自己的網絡技術標準，并最終形成了計算機網絡體系結構的國際標準。IBM公司提出了系統網絡體系結構SNA(System Network Architecture)標準，DEC公司提出了數字網絡體系結構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)下的開放系統互連分技術委員會(SC16)，并于1981年制定了“開發系統互連參考模型(OSI/RM)”計算機網絡的一系列國際標準。作為國際標準，OSI規定了可以互聯的計算機系統之間的通信協議，為計算機網絡互聯的發展打下了基礎。
4. 20世紀80年代：局域網標準化和發展階段
個人計算機及通信技術的進步推動了部門和單位內部網絡的發展。這樣的網絡地理范圍通常在十公里以內，稱為局域網。在這一時期，美國3大公司Xerox、DEC和Intel聯合公布了局域網的DIX標準，以太規范。美國電子與電氣工程師協會(IEEE)計算機學會的802局域網委員會成立，并相繼提出了IEEE802.1~802.14等局域網標準，成為局域網國際標準。同時，隨著光纖技術的發展以及通信業務的多媒體化，使寬帶通信業務得到迅猛的發展，出現了光纖分布式數據接口(FDDI)的高速局域網技術，也推動了分布式隊列雙總線(DQDB)和多兆位數據交換服務(SMDS)等城域網技術的開發。
5. 20世紀90年代：Internet蓬勃發展階段
互連網(internet)是泛指由多個計算機網絡互連而成的計算機網絡, 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，組成一個網絡系統。當前世界最大的、開放的互連網是因特網(Internet)，由眾多網絡相互連接而成的特定的計算機網絡，采用TCP/IP協議族。Internet使得世界各地的計算機用戶通過高速網絡共享信息資源。
Internet網始于 60 年代，前身是由美國聯邦政府開發的 ARPANET 網。1986年，美國國家科學基金會(NSF)建立了國家基金網(NSFNET)，覆蓋了全美主要的大學和研究機構。隨著NSFNET主干網速率的不斷提高，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、商業組織紛紛接入。尤其英國科學家Tim Berners-Lee開發的WWW(World Wide Web)技術的成熟應用，有力地促進了Internet的推廣應用。現在Internet包括了幾十萬個全球范圍內的局域網，這些局域網通過主干廣域網互聯起來。在互聯網上，每天增加上百萬的新網頁，成為現實社會最大的信息公告板。與此同時，電子商務、電子政務的發展，進一步促進了信息技術的應用，通信技術的長足發展與網絡技術的緊密結合，使得電信網絡、電視網絡與計算機網絡向著融合統一的趨勢發展。
計算機網絡的構成
計算機網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，按照網絡協議進行通信以實現信息傳遞和資源共享的系統。計算機網絡的本質是把兩臺以上具有獨立功能的計算機系統互連起來，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。
計算機網絡是一個復雜的系統。從邏輯上，計算機網絡被劃分為通信子網和資源子網。由通信處理機、通信線路和其他通信設備構成的通信子網實現了數據的傳輸，由主機及與主機相聯的終端及其他外設、各種軟件資源和信息資源構成的資源子網負責數據處理，為網絡用戶提供網絡服務。通信處理機也稱為網絡中間節點或網絡節點，通常由網絡互連設備如路由器等組成。網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。
從計算機網絡的實現上，它由網絡硬件和網絡軟件構成。
1. 網絡硬件：網絡連接設備及實現數據傳輸和處理的硬件。包括網絡互連設備，聯網部件、傳輸介質、服務器及客戶機(工作站或個人計算機)等。
常用的網絡互連設備包括網橋、交換機、路由器和網關。根據網絡互連的不同層次，使用不同的網絡互連設備。這些設備構成了網絡的中間節點，實現不同網絡節點間數據的存儲和轉發。
聯網部件主要包括網卡或適配器、調制解調器、連接器、收發器等。例如，通過局域網接入Internet必須使用網卡，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，實現數據的傳輸。
服務器是為客戶端(網絡用戶)計算機提供各種服務的高性能計算機。根據其用途不同，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. 網絡軟件：網絡協議、網絡操作系統及其他應用軟件
網絡協議是網絡中實體之間通信的規則和標準。大多數網絡協議都是分層實現的，每一層的協議定義了該層通信雙發的通信規則，并向它的上一層提供透明服務。常見的網絡協議如TCP/IP協議族、IPX/SPX等。
網絡操作系統實現系統資源共享，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。通常網絡操作系統還提供各種設備如網卡的驅動程序。
其他應用軟件包括用于實現網絡用戶與網絡接入的認證管理以及監控、審計、計費等的網絡管理軟件;用于保證網絡系統不受惡意代碼、行為和病毒破壞，實現入侵檢測等的網絡安全軟件;為網絡用戶提供服務的網絡應用軟件。
網絡軟件與運行于單個計算機上的軟件相比，它實現了網絡特有的資源共享、相互通信的功能。與分布式軟件相比，網絡軟件側重于數據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。