計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展

1、1-1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。 一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成任何一種新技術(shù)的出現(xiàn)都必須具備兩個條件，一是強(qiáng)烈的社會需求，二是前期技術(shù)的成熟。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的形成與發(fā)展也遵循這樣一個技術(shù)發(fā)展軌跡。 單機(jī)(1946年ENIAC誕生） 大、中、小型機(jī)龐大，昂貴 缺點(diǎn)資源無法共享 網(wǎng)絡(luò) 始于50s，近20年發(fā)展迅速。發(fā)展的動力： 資源共享的需求 大型項目的合作 人與人之間的溝通 20世紀(jì)50年代初，由于美國軍方的需要，美國半自動地面防空系統(tǒng)（SAGE的開發(fā)始了計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試。 SAGE系統(tǒng)需要將遠(yuǎn)程雷達(dá)與其他測量設(shè)施連接起來，使得觀測到的防空信

2、息通過總長度達(dá)2，410，000KM的通信線路與一臺IBM計算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)分布的防空信息能夠集中處理與控制。要實(shí)現(xiàn)這樣的目的，首先要完成數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎(chǔ)研究。1954年，一種叫收發(fā)器的終端研制成功，人們用它首次實(shí)現(xiàn)了將穿孔卡片上的數(shù)據(jù)從電話線路上發(fā)送到遠(yuǎn)地的計算機(jī)，此后電傳打字機(jī)也作為遠(yuǎn)程終端和計算機(jī)相連。而計算機(jī)的信號是數(shù)字脈沖，為使它能在電話線路上傳輸，須增加一個調(diào)制解調(diào)器，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號的轉(zhuǎn)變。用戶可在遠(yuǎn)地的電傳打字機(jī)上輸入自己的程序，而計算機(jī)算出的結(jié)果又可從計算機(jī)傳送到電傳打字機(jī)打印出來。計算機(jī)與通信的結(jié)合開始。 面向終端的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)（以單個計算機(jī)為中心）這一階段研究的典

3、型代表有： 美國飛機(jī)定票系統(tǒng)SABER， 美國半自動防空系統(tǒng)SAGE， 美國通用電氣公司的信息服務(wù)網(wǎng)(GE Information Services Network)。 隨著計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了多臺計算機(jī)互連的需求。這種需求主要來自軍事、科學(xué)研究、地區(qū)與國家經(jīng)濟(jì)信息分析決策、大型企業(yè)經(jīng)營管理。他們希望將分布在不同地點(diǎn)的計算機(jī)通過通信線路互聯(lián)成為主計算機(jī)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過計算機(jī)使用本地計算機(jī)的軟件、硬件與數(shù)據(jù)資源，也可以使用聯(lián)網(wǎng)的其他地方的計算機(jī)軟件、硬件與數(shù)據(jù)資源，以達(dá)到計算機(jī)資源共享的目的。 這一階段研究的典型代表：美國國防部高級研究計劃局的ARPANET（通常稱為ARPA網(wǎng)）

4、。隨著個人計算機(jī)（PC）與工作站的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，小范圍的多臺計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的需求日益強(qiáng)烈。20世紀(jì)70年代初，一些大學(xué)和研究所為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室外或校園內(nèi)多臺計算機(jī)共同完成科學(xué)計算與資源共享的目的，開始了局域計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究。 這一階段研究的典型代表： 加州大學(xué)的NEWHALL環(huán)網(wǎng) 美國XEROR公司的ETHERNET網(wǎng) 英國劍橋大學(xué)的CAMBRIDGE RING環(huán)網(wǎng)。 二、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段的劃分 從體系結(jié)構(gòu)來觀察，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可分為四個時代： 聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng) 以通信子網(wǎng)為中心 采用標(biāo)準(zhǔn)化的層次體系結(jié)構(gòu) 以Internet為主體 1.以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 20世紀(jì)60年代以前。 特征 共享主機(jī)

5、資源 單臺主機(jī)計算、通信 多臺終端用戶交互 本地、遠(yuǎn)程連接 結(jié)構(gòu) 例子 美國的飛機(jī)訂票系統(tǒng)SABRE-1 1 HOST 2000 Terminal 通信線路（電話線路） 此結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)至今仍在使用 缺點(diǎn) 主機(jī)負(fù)荷重，數(shù)據(jù)處理通信 線路利用率低 2.主機(jī)主機(jī)網(wǎng)絡(luò) 20世紀(jì)60s 20世紀(jì)70s 特征 單主機(jī)終端網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，形成多主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)終端” 轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)主機(jī)” 結(jié)構(gòu) 主機(jī)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變 演變階段1 通信任務(wù)從主機(jī)中分離 CCP-通信控制處理機(jī)專門處理主機(jī)之間的通信任務(wù) 兩層網(wǎng)絡(luò)概念的出現(xiàn) 由CCP組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)，為資源子網(wǎng)提供信息傳輸服務(wù) 主機(jī)的集合資源子網(wǎng)，提

6、供各種網(wǎng)絡(luò)資源，建立在通信子網(wǎng)基礎(chǔ)上（可多系統(tǒng)并存） 演變階段2 - 通信子網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，私有社會公用 - 公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) PSTN X.25 優(yōu)點(diǎn) 降低用戶系統(tǒng)建設(shè)成本 通信線路利用率高 兼容性好 例子 因特網(wǎng)的前身ARPANET 美國軍方建立的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)絡(luò) 最初4個節(jié)點(diǎn)70s的60多個節(jié)點(diǎn) 地域跨越美洲、歐洲 具有現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的許多特征，例如 分組交換 分層次的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不足之處 網(wǎng)絡(luò)普及程度低 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究不成熟 3.采用標(biāo)準(zhǔn)化的層次體系結(jié)構(gòu) 20世紀(jì)70s-90s 不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動力 各廠商、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)在

7、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理論等方面的研究日趨成熟是其基礎(chǔ) 標(biāo)準(zhǔn)化過程的兩個階段: 廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA,DEC-DNA 缺點(diǎn)：適用范圍：兼容性？ 技術(shù)壟斷：競爭？ 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：用戶利益？ 標(biāo)準(zhǔn)制定問題 標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)只能由不偏向于任何廠商的非盈利中立組織來制定 例外“事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)”，如TCP/IP 國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO-OSI/RM Open System Interconnection/ Recommended Model （開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型） OSI參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型 其標(biāo)準(zhǔn)保證了不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性 規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的框架 只說明了做什麼（WHAT

8、 TO DO）而未規(guī)定怎樣做（HOW TO DO） 現(xiàn)在的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)均是在OSI/RM的框架下運(yùn)作的 PC導(dǎo)致了局域網(wǎng)的出現(xiàn) 局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802 IEEE802也符合OSI/RM標(biāo)準(zhǔn) 開始就建立在標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上 4、以Internet為主體 20世紀(jì)90s-至今 Internet空前發(fā)展 Web技術(shù)在Internet/Intranet 得到廣泛應(yīng)用 Internet的發(fā)展速度 是歷史上發(fā)展最快的一種技術(shù)以商業(yè)化后達(dá)到 5000 萬用戶為例： 電視用了13年，收音機(jī)用了38年，電話更長 Internet 從商業(yè)化后達(dá)到 5000 萬用戶用了4 年時間 Internet 正在以超過摩爾定

9、理（莫爾定理預(yù)測，微電子芯片的計算功能每18個月就會提高一倍）的速度發(fā)展 有遠(yuǎn)見的政府不斷支持：1969美國、歐洲 有風(fēng)險的企業(yè)參與和投入： NFS：MCI、IBM vBNS：MCI；Abilene: Qwest，CISCO 聯(lián)合協(xié)作的開放式研究：IETF/RFC 教育和科研的示范網(wǎng)絡(luò)為起點(diǎn) 具有實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的研究特點(diǎn) ARPAnet、NSF、ANS、vBNS 簡單實(shí)用的技術(shù)路線：TCP/IP 結(jié)構(gòu)三、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢可概括為：一個目標(biāo)、兩個支撐、三個融合、四個熱點(diǎn)。1 1、一個目標(biāo) 面向21世紀(jì)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的總體目標(biāo)就是要在各個國家、進(jìn)而在全球建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施。

10、1993年美國政府制定了信息高速公路（即國家信息基礎(chǔ)設(shè)施NII）發(fā)展計劃，建設(shè)目標(biāo)是在全國范圍內(nèi)建立為民眾普遍服務(wù)的信息基礎(chǔ)設(shè)施?；窘M成包括：通信網(wǎng)、計算機(jī)、信息內(nèi)容和各種年齡、背景的人1994年西方七國部長會議上提出了實(shí)話全球信息基礎(chǔ)設(shè)施（GII）的若干原則。1998年美國政府又提出了實(shí)施數(shù)字地球的計劃。 （NII在建成之后，一個國家的信息網(wǎng)絡(luò)能使任何人在任何地點(diǎn)、任何時間，可將文體、聲音、圖像、電視信息等各種媒體信息傳遞給在任何地點(diǎn)的任何人）2 2、兩個支撐 微電子技術(shù)和光技術(shù)。 微電子技術(shù)的發(fā)展是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是驅(qū)動信息革命的基礎(chǔ)。 莫爾定理預(yù)測，微電子芯片的計算功能每18個月

11、就會提高一倍。這一發(fā)展趨勢將會持續(xù)到2010年，那時芯片最多可包含10（10）個元件，理論上的物理極限是第個芯片可包含10（11）個元件。INTEL期望在2011年能生產(chǎn)出每個芯片包含10億個晶體管的產(chǎn)品。 自1980年以來，微處理器的速度一直以每5年10倍的速度增長。PC的處理能力在2000年達(dá)1000MIPS，預(yù)測在2011年可達(dá)10萬MIPS。 驅(qū)動信息革命的另一個支撐技術(shù)是光電子技術(shù)。評價光纖傳輸發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)是傳輸?shù)谋忍芈屎托盘栐谛枰偕翱蓚鬏數(shù)木嚯x的乘積，在過去10年間，該性能每年翻一番，這種增長速度可望再持續(xù)10年到15年。 在單一光纖上傳輸100Gbps含40種波長的商用系統(tǒng)已在

12、2000年實(shí)現(xiàn)，可同時傳送100萬個話音和1500個電視信道。3 3、三個融合 支持全球建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施的最重要的技術(shù)是計算機(jī)、通信、信息內(nèi)容這三種技術(shù)的融合。 計算機(jī)：計算機(jī)硬件、計算機(jī)軟件以及相應(yīng)的服務(wù)； 通信：電話、電視電纜、衛(wèi)星以及無線通信等； 信息內(nèi)容：教育、娛樂、出版、信息提供者等。 電信網(wǎng)、電視網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)三種網(wǎng)絡(luò)的全一是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。其最重要的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)字化。4 4、四個熱點(diǎn)（1）多媒體 隨著數(shù)字化技術(shù)的成熟，數(shù)據(jù)、文本、聲音、圖像這些媒體都以數(shù)字化，從而產(chǎn)生多媒體技術(shù)。 多媒體的應(yīng)用有視頻點(diǎn)播、交互視頻、包括視頻的協(xié)同工作、文件共享、白板、教程醫(yī)療和遠(yuǎn)程教學(xué)。

13、所有多媒體應(yīng)用的共性是需要大量帶寬和處理能力，多媒體應(yīng)用是促進(jìn)技術(shù)和行業(yè)融合的強(qiáng)大市場驅(qū)動力。（2）寬帶網(wǎng) 要建立真正的寬頻帶多媒體網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到信息高速公路的目標(biāo)，需要高速的傳輸載體，信息高速公路的載體有兩個技術(shù)特征：一個是在任何時間、任何地點(diǎn)都能提供全彩色、全動態(tài)的視頻信號，另一方面要提供全交互的、雙向的信息流通信。傳統(tǒng)的電話通信可在全世界范圍實(shí)現(xiàn)雙向通信，但接入最終用戶的容量有限。傳統(tǒng)的電纜網(wǎng)容量大，但是單向傳輸，沒有交互通信能力。光纜的出現(xiàn)，極大地改觀了網(wǎng)絡(luò)帶寬的現(xiàn)狀。同時由于采用了先進(jìn)的壓縮技術(shù)，可以在同樣帶寬的信道上傳輸更多的信息。（3）移動通信 便攜式智能終端PCS可以使用無線技術(shù)，在任何地方以各種速率與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)絡(luò)。這些PCS系統(tǒng)支持語音、數(shù)據(jù)和報文等各