第1章引論課件

第1章引論1.1現(xiàn)代電信網(wǎng)1.2計算機通信網(wǎng)的變革1.3計算機通信網(wǎng)的基本概念1.4計算機通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及發(fā)展前景1.1現(xiàn)代電信網(wǎng)1.1.1通信系統(tǒng)模型通信技術(shù)的發(fā)展已有100多年的歷史。早在19世紀(jì)30年代，莫爾斯就實現(xiàn)了有線電報通信；進而在19世紀(jì)70年代，有線電話通信開始形成；19世紀(jì)末，人們利用電磁波輻射原理發(fā)明了無線電報，從此開辟了無線通信發(fā)展的道路。不論有線還是無線通信方式，其通信系統(tǒng)模型的基本組成如圖1.1.1所示。發(fā)信源在發(fā)送端通過發(fā)信設(shè)備，經(jīng)信道將信號傳送到接收端的接收設(shè)備并轉(zhuǎn)交給收信者，實現(xiàn)端到端的通信。在傳輸?shù)倪^程中，信號常受內(nèi)、外干擾源的干擾而影響通信質(zhì)量。通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是確保發(fā)信源的信息(包括話音或/和數(shù)據(jù)、圖像)能迅速、準(zhǔn)確、安全、可靠地傳遞到收信者。應(yīng)當(dāng)指出，圖1.1.1僅是單方向通信(如傳統(tǒng)的廣播、電視)的簡單示例，實際的通信系統(tǒng)(如話音通信、數(shù)據(jù)通信等)大多都是雙向的。圖1.1.1通信系統(tǒng)模型的基本組成1.1.2現(xiàn)代電信網(wǎng)的構(gòu)架1.現(xiàn)代電信網(wǎng)的組成現(xiàn)代電信網(wǎng)是一個復(fù)雜的大通信系統(tǒng)。在上述通信系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代電信網(wǎng)的組成可包括三個部分：終端系統(tǒng)、交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)，如圖1.1.2所示?，F(xiàn)代電信網(wǎng)的主要功能是提供面向信息的處理、交換和傳送服務(wù)。從網(wǎng)絡(luò)的角度來分，傳輸系統(tǒng)可分為兩大類：中繼傳輸系統(tǒng)和用戶傳輸系統(tǒng)。從傳輸信息特征來分，傳輸系統(tǒng)有兩種：模擬傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)。在傳輸系統(tǒng)中使用的傳輸媒體一般可分為線傳輸媒體(有線線路)、軟傳輸媒體(無線信道)兩類，前者包括雙絞線、同軸電纜及光纜，后者主要包括無線電波、地面微波、衛(wèi)星微波等。交換系統(tǒng)包括各類交換設(shè)備，電信網(wǎng)的交換方式有電路交換、報文交換、分組交換以及快速分組交換等。終端系統(tǒng)由各類終端設(shè)備構(gòu)成，圖1.1.2中僅畫出電話、移動電話、電視、電腦(計算機)等，終端的類型、功能與電信網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)有關(guān)。圖1.1.2電信網(wǎng)的基本組成2.電信網(wǎng)的分類電信網(wǎng)可以按下列不同的方法進行分類［7］：(1)按服務(wù)的性質(zhì)來分，電信網(wǎng)分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。我國的公用網(wǎng)是由中國電信(ChinaTelecom)、中國網(wǎng)通(ChinaNetcom)、中國移動(CMC)、中國聯(lián)通(ChinaUnicom)、中國鐵通等部門(公司)建立和管理的開放式網(wǎng)絡(luò)；專用網(wǎng)則是由特定部門(如電力、民航、銀行、石油、軍事等)專設(shè)的網(wǎng)絡(luò)。(2)按信號傳輸方式來分，電信網(wǎng)可分為模擬網(wǎng)、數(shù)字網(wǎng)兩大類。數(shù)字網(wǎng)是今后發(fā)展的主流，它可細分為綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)等。(3)按信號在網(wǎng)中的處理方式來分，電信網(wǎng)可分為交換網(wǎng)和廣播網(wǎng)。(4)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等級功能來分，電信網(wǎng)可分主干網(wǎng)(BackboneNet)、區(qū)域網(wǎng)和本地網(wǎng)(LocalNet)。(5)按電信業(yè)務(wù)類型來分，電信網(wǎng)可分為電話網(wǎng)、電報網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)等。隨著通信技術(shù)與計算機技術(shù)的結(jié)合，電信網(wǎng)支持的電信業(yè)務(wù)層出不盡，除了傳統(tǒng)的電話(Telephone)、用戶電傳(Telex)、智能用戶電報(Teletex)、用戶傳真外，又有諸如圖文電視(Videotext)、電視電話(VideoPhone)、網(wǎng)絡(luò)電話(IPPhone)、網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、電子郵件(Email)、話音郵件(Voicemail)、電子數(shù)據(jù)交換(EDI)、電子化服務(wù)(EService)、計算機電話集成(CTI，ComputerTelephoneIntegration)等新型業(yè)務(wù)涌現(xiàn)出來。綜上所述，電信網(wǎng)正處在不斷變革之中，網(wǎng)絡(luò)類型以及所提供的服務(wù)種類不斷地增加和更新，形成了復(fù)雜的電信網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)，如圖1.1.3所示。圖1.1.3現(xiàn)代電信網(wǎng)的基本框架結(jié)構(gòu)1)基礎(chǔ)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)主要包括交換網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、接入網(wǎng)等部分。在交換網(wǎng)內(nèi)，通常按網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計設(shè)置若干交換節(jié)點(交換機)，在交換節(jié)點之間用中繼線(Trunk)相連，每個交換節(jié)點向用戶提供大量的用戶接口，用戶終端設(shè)備利用用戶線接到交換節(jié)點上。按交換方式的不同，交換網(wǎng)大體上可分為三類：

(1)電路交換網(wǎng),如現(xiàn)代的程控電話交換系統(tǒng)、窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(NISDN)、電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(CSPDN)等。(2)報文交換網(wǎng)，如傳統(tǒng)的電報通信系統(tǒng)。(3)分組交換網(wǎng)，如X.25分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)、幀中繼網(wǎng)(FRN)、ATM

網(wǎng)等。傳輸網(wǎng)中包括線傳輸媒體(如雙絞線、同軸電纜和光纜)和軟傳輸媒(如無線信道、微波信道、衛(wèi)星信道以及移動通信的手機到基站信道等)。在國家主干網(wǎng)上，以光纜為主、衛(wèi)星為輔成網(wǎng)。在有線數(shù)字傳輸網(wǎng)中，現(xiàn)有準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)和同步數(shù)字系列(SDH)兩種。接入網(wǎng)即用戶接入網(wǎng)，是由SNI(業(yè)務(wù)節(jié)點接口，位于電信公司側(cè))與UNI(用戶網(wǎng)絡(luò)接口)之間一系列傳送實體組成的、為傳送電信業(yè)務(wù)提供所需傳送承載能力的實施系統(tǒng)，可經(jīng)由電信管理網(wǎng)的Q3接口進行配置和管理。2)支撐網(wǎng)支撐網(wǎng)對用戶來講是透明的，主要包括信號網(wǎng)、同步網(wǎng)等。信號網(wǎng)又稱信令網(wǎng)，由信號點(SP，SignalPoint)、信號轉(zhuǎn)接點(STP，SignalTransferPoint)以及連接它們的信號鏈路組成。在信號網(wǎng)中，目前主要采用公共信道信號系統(tǒng)CCSSNo.7，在邏輯上，7號信號網(wǎng)獨立于所服務(wù)的信息網(wǎng)。實質(zhì)上，7號信號網(wǎng)是一個專用的分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)。7號信令方式主要作為電話網(wǎng)中的局間信號，在公共信號鏈路上傳送消息信號單元(MSU，MessageSignalUnit)，可控制一群話路的接續(xù)?，F(xiàn)代通信網(wǎng)大都采用時間同步網(wǎng)。同步網(wǎng)中有一個精度極高的主時鐘，取自銫原子鐘或銣原子鐘。同步網(wǎng)是分級網(wǎng)，一般采用主-從同步方式，下級局可在接收信號中獲取同步信號。3)業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)是電信網(wǎng)中最具活力的一個層面，各類網(wǎng)絡(luò)所提供的基本業(yè)務(wù)就是設(shè)計這些網(wǎng)絡(luò)的主要對象，參看表1.1.1所示。表1.1.1電信網(wǎng)提供的基本業(yè)務(wù)4)電信管理網(wǎng)隨著信息技術(shù)，尤其是計算機硬、軟件(大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、高性能多處理機服務(wù)器)技術(shù)的發(fā)展，電信網(wǎng)的管理模式正在不斷改進。電信管理網(wǎng)(TMN，TelecommunicationManagementNetwork)是電信企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù)運行、維護的支撐網(wǎng)。

按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的規(guī)定，TMN的網(wǎng)絡(luò)管理功能包括配置管理、性能管理、故障管理、計費管理、安全管理，所有的經(jīng)營、管理、維護和運行都可映射為TMN體系結(jié)構(gòu)中各層的對應(yīng)管理運行實體。圖1.1.4給出了現(xiàn)代電信網(wǎng)的類型與服務(wù)對象。圖中虛線右側(cè)部分為當(dāng)前電信網(wǎng)的類型；虛線左側(cè)部分為電信網(wǎng)的服務(wù)對象。圖1.1.4現(xiàn)代電信網(wǎng)的類型與服務(wù)對象1.2計算機通信網(wǎng)的變革相對通信技術(shù)而言，計算機系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史較短。自1945年第一臺計算機問世以來，到如今的50多年的時間里，計算機系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化和進展，成為人類科學(xué)發(fā)展史上的一個重要進程。單從計算機的名稱變化就可看出計算機系統(tǒng)所呈現(xiàn)的魅力，如大型計算機(MainframeComputer)、小型計算機(Minicomputer)、微型計算機(Microcomputer)、筆記本電腦(NotebookComputer)、掌上電腦(PalmComputer)，以及新興的多媒體計算機系統(tǒng)等等。

計算機通信網(wǎng)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)通信是計算機通信與網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)基礎(chǔ)。計算機應(yīng)用離不開通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持，計算機系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛普及又大大促進了通信網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷更新。隨著因特網(wǎng)(Internet)掀起的應(yīng)用浪潮，人們對計算機通信與網(wǎng)絡(luò)給予了少有的關(guān)注并產(chǎn)生了極大的熱情。我們從三個階段來看計算機通信網(wǎng)的變革［1］［4］［5］［10］。1.2.1面向終端的遠程聯(lián)機集中處理計算機系統(tǒng)在第一臺計算機問世之后的頭10年里，計算機和遠程通信并沒有太多關(guān)聯(lián)，通常用戶解題必須到計算中心機房去使用計算機。1954年設(shè)計了具有收/發(fā)功能的終端設(shè)備(Terminal)，人們可利用終端設(shè)備通過線路將信息發(fā)送到遠程的計算機，逐步形成了面向終端的遠程聯(lián)機集中處理計算機系統(tǒng)，如圖1.2.1所示，也可稱之為第一代計算機網(wǎng)絡(luò)。從計算機技術(shù)的觀點來看，這是一個支持多用戶終端的遠程信息集中處理系統(tǒng)，主機與終端間呈主-從關(guān)系，遠程信息以大型計算機為中心集中處理。圖1.2.1面向終端的計算機聯(lián)機系統(tǒng)1.主機主機通常配置中央處理單元、存儲單元、外圍設(shè)備(如磁帶機、硬磁盤以及打印機)等，集中安裝在恒溫、恒濕、接地良好的主機房內(nèi)。此外，主機必須配有相應(yīng)的操作系統(tǒng)、通信控制程序，業(yè)務(wù)處理程序等。主機具有很強的信息處理功能，包括數(shù)值計算、事務(wù)處理，且可向用戶終端提供數(shù)據(jù)存儲和資源(包括軟件、硬件及數(shù)據(jù))共享。主機系統(tǒng)一般可分為聯(lián)機系統(tǒng)和脫機系統(tǒng)。聯(lián)機系統(tǒng)按信息處理方式又可分為實時處理聯(lián)機系統(tǒng)、批處理聯(lián)機系統(tǒng)和分時處理聯(lián)機系統(tǒng)。2.通信處理機由圖1.2.1可見，通信處理機處于主機與用戶終端之間，主要用于完成全部通信控制任務(wù)，其目的是減輕主機通信處理的負荷，以利于提高主機系統(tǒng)的信息處理效率。通信處理機又稱前端處理機(FEP，F(xiàn)rontEndProcessor)，簡稱為前端機。在配有成百上千臺終端的巨型主機中，常選用小型計算機作為通信處理機。3.鏈接方式用戶終端可通過通信設(shè)施與通信處理機鏈接，再由通信處理機將信息轉(zhuǎn)發(fā)到主機系統(tǒng)，反之亦然。鏈接方式可歸納為以下四種。1)點-點鏈路方式采用這種鏈路方式時，每個用戶終端獨立地占用通信處理機的一個端口(Port)。當(dāng)用戶終端與端口的距離很遠時，直達鏈路的投資相當(dāng)昂貴。若用戶終端具有較大通信量，則可向電信部門租用專線。2)多點鏈路方式對于某些定時的數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)文件收發(fā)之類的應(yīng)用，用戶終端一般不經(jīng)常使用鏈路，因而鏈路的利用率很低。為改進鏈路利用率，可采用多點鏈路方式，即一條鏈路連接多個用戶終端，共享通信處理機的一個端口。在這種點-多點的通信方式中，為使通信處理機便于區(qū)分用戶終端，通信過程中有必要外加用戶識別標(biāo)志。這種措施顯然增加了識別處理的開銷，但以此為代價可提高鏈路的利用率和端口的可用性。值得提醒的是，這種基帶處理方式允許用戶終端輪流與通信處理機進行交互通信。3)復(fù)用器/集中器方式使用復(fù)用器或集中器可將多個用戶終端通過共享同一鏈路接入通信處理機。復(fù)用器(Multiplexer)是一種實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)用和分路功能的設(shè)備。當(dāng)采用同步時分復(fù)用技術(shù)(SynchronousTimeDivisionMultiplex)時，復(fù)用器輸出鏈路的傳輸總?cè)萘恐辽倥c輸入各鏈路容量的總和相等，在通信處理機側(cè)復(fù)用器所恢復(fù)的信道端口數(shù)通常等于用戶側(cè)復(fù)用器所接入的用戶終端數(shù)。如圖1.2.1中，復(fù)用器只接入兩個用戶終端，通信處理機側(cè)信道端口一般也應(yīng)接兩個。集中器(Concentrator)是一臺程序控制設(shè)備，一般可由小型計算機或功能相當(dāng)?shù)母邫n微機組成。通常將多個用戶終端用低速鏈路匯接到集中器，并經(jīng)高速同步數(shù)據(jù)鏈路連接到通信處理機的一個端口。集中器采用了異步時分復(fù)用(AsynchronousTimeDivisionMultiplex)技術(shù)，也稱統(tǒng)計時分復(fù)用或動態(tài)時分復(fù)用技術(shù)。此時通信處理機需附加一軟件，能分別對收、發(fā)的數(shù)據(jù)進行分配與集中處理。4)撥號方式這種方式利用已有的公用電話交換網(wǎng)(PSTN)以接續(xù)服務(wù)方式為用戶終端提供數(shù)據(jù)鏈路，

可節(jié)省傳輸媒體的投資，提高網(wǎng)內(nèi)交換設(shè)備和鏈路的利用率。由于PSTN最初是為模擬系統(tǒng)中話音傳輸(帶寬為0.3～3.4kHz)和接續(xù)而設(shè)計的，因而在電話網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)信號必然會受到一定的約束。圖1.2.1中Modem表示數(shù)字調(diào)制解調(diào)器，其功能是完成信號變換。將用戶終端或通信處理機的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號變換成適宜于在話路帶寬(常取為4kHz)的信道上傳輸?shù)哪M信號，稱為調(diào)制；將模擬信號變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的過程，稱為解調(diào)。用戶終端利用這種方式，在數(shù)據(jù)通信前，每次先要按電話通信規(guī)定撥通對方端口，由PSTN完成電路的接續(xù)，然后調(diào)制解調(diào)器將電路切換到數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)；同樣，每當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢，需拆除(或釋放)已接續(xù)的交換鏈路。由上述可知，面向終端的遠程聯(lián)機集中處理計算機系統(tǒng)已經(jīng)涉及到多種通信技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等。當(dāng)前，大型企業(yè)、科研機構(gòu)仍然在使用這種模式，但計算機系統(tǒng)的發(fā)展重點將是高速并行處理、人工智能、模式識別、知識工程等方面的軟、硬技術(shù)。這一階段的面向終端的遠程聯(lián)機集中處理計算機系統(tǒng)有兩個基本特點：(1)以計算機(稱主機，Host)為中心集中處理信息，而終端設(shè)備沒有處理能力，常稱之為主-從系統(tǒng)。(2)遠地的多個終端通過數(shù)據(jù)通信設(shè)備與主機直接通信，可享用主機資源。1.2.2計算機系統(tǒng)互聯(lián)成網(wǎng)在20世紀(jì)60年代中期到70年代末，隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，需要將多臺面向終端的計算機聯(lián)機系統(tǒng)互相連接起來，組成以多處理機為中心的網(wǎng)絡(luò)。1969年，美國國防部高級研究計劃局(AdvancedResearchProjectsAgency)首先實現(xiàn)了以資源共享為目的的異種計算機互連的網(wǎng)絡(luò)，命名為ARPA計算機網(wǎng)(ARPAnet)，如圖1.2.2所示。ARPA網(wǎng)將通信控制處理機(CCP)稱為接口報文處理機(IMP，InterfaceMessageProfessor)。隨后幾年，ARPA網(wǎng)的物理節(jié)點迅速增到50多個，主機已超過100臺，連接區(qū)域范圍由美國本土通過衛(wèi)星、海底電纜擴展到歐洲、夏威夷。ARPA網(wǎng)已成為世界公認的第一個實用計算機網(wǎng)，開辟了計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的新方式，人們將其稱為第二代計算機網(wǎng)絡(luò)。ARPA網(wǎng)的主要特點有：(1)采用層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。(2)從邏輯上分為通信子網(wǎng)和用戶資源子網(wǎng)。(3)使用分組交換方式，采用接口報文處理機(IMP)。(4)分布式控制。(5)資源共享。

ARPA網(wǎng)的重要貢獻是奠定了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是當(dāng)今Internet的先驅(qū)者。圖1.2.2ARPA網(wǎng)1.2.3計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化在ARPANet成功運行的驅(qū)動下，各大計算機公司為了促進網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開發(fā)，紛紛制定了各自的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，IBM公司在1974年首先提出了計算機網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)化的概念，宣布了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(SNA，SystemNetworkArchitecture)；隨后DEC公司(先由COMPAQ公司收購，而后HP公司將COMPAQ公司合并)推出了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(DNA，DigitalNetworkArchitecture)等，但這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范只是在本公司同構(gòu)型設(shè)備基礎(chǔ)上互連的。網(wǎng)絡(luò)通信市場各自為政的狀況，使用戶在組網(wǎng)時無所適從，投資得不到保護，也不利于多廠商間的公平競爭。

1976年，國際電報電話咨詢委員會(CCITT)，現(xiàn)改名為國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(ITU-T)正式公布了基于分組交換技術(shù)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的重要建議——X.25接口規(guī)程，該規(guī)程后又經(jīng)過多次修改和補充，成為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)分組交換技術(shù)發(fā)展過程中的一個里程碑，各國電信部門紛紛興建分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)，提供各類計算機系統(tǒng)的接入。我國在1989年分組交換實驗網(wǎng)運行的基礎(chǔ)上，于1993年建成了X.25分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，稱之為ChinaPAC，支持用戶接入的數(shù)據(jù)速率一般不超過64kb/s。在20世紀(jì)70～80年代，隨著微型計算機(PC，PersonalComputer)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種形式的局域計算機網(wǎng)紛紛推出。起初所用的典型網(wǎng)絡(luò)計算模式為共享服務(wù)器模式，即以服務(wù)器為中心的網(wǎng)絡(luò)計算模式。占有市場份額最多的局域網(wǎng)首推總線式結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)(Ethernet)，如圖1.2.3(a)所示。國際電子電氣工程師協(xié)會(IEEE)802委員會推出了IEEE802系列建議，后經(jīng)ISO批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)。圖1.2.3常用局域計算機網(wǎng)(以太網(wǎng))的基本結(jié)構(gòu)在圖1.2.3(a)中，連接工作站(Workstation)和服務(wù)器的傳輸介質(zhì)最早是細同軸電纜(簡稱細纜)或粗同軸電纜(簡稱粗纜)，所有站點通過爭用總線共享服務(wù)器。在基帶電纜上，每次只允許一個站點的數(shù)據(jù)流傳送。這種結(jié)構(gòu)簡單的LAN，實用時常因連接點接觸不可靠而影響整個網(wǎng)絡(luò)的使用效果。目前大都采用圖1.2.3(b)的連接方式，各站點通過無屏蔽雙絞線(UTP)接到集線器(Hub)，其物理結(jié)構(gòu)呈星型。由于集線器內(nèi)部是總線，因而其邏輯結(jié)構(gòu)仍為總線型。顯然，這種結(jié)構(gòu)有利于工程實施和維護管理，當(dāng)網(wǎng)中任一接口或傳輸介質(zhì)受損時，僅影響一個站點的運行。局域計算機網(wǎng)極大地促進了計算機技術(shù)和通信技術(shù)的有機結(jié)合，以及計算機應(yīng)用的大眾化，使計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進入了一個新階段。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，要求制定統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的呼聲日高。1977年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)設(shè)立了TC97(計算機與信息處理標(biāo)準(zhǔn)化委員會)下屬的SC16(開放系統(tǒng)互連分技術(shù)委員會)，吸取了SNA、DNA以及APPA網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的成功經(jīng)驗，參照X.25開放互連結(jié)構(gòu)特性，從用戶系統(tǒng)信息處理的角度提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型(OSI-RM)，即ISO7498，該參考模型于1984年5月被批準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。

與此同時，ITU―T從通信系統(tǒng)的角度，進一步研究了如何實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性要求，規(guī)定了ITU―T應(yīng)用OSI―RM、各層提供的服務(wù)以及開放系統(tǒng)中對等實體間通信所必須遵循的規(guī)程X.200系列建議。遵循網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)建成的網(wǎng)絡(luò)也稱為第三代網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)化進一步推動了信息產(chǎn)業(yè)。新一代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)集成也相應(yīng)而起。因特網(wǎng)(Internet)異軍突起，采用TCP/IP技術(shù)，不僅領(lǐng)銜穩(wěn)坐支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的首選協(xié)議之席，而且實用化的VoIP加速了其向多種業(yè)務(wù)擴展的步伐［25］。盡管IP并不是完美的技術(shù)，但它無處不在已成為事實。1.3計算機通信網(wǎng)的基本概念1.3.1計算機通信網(wǎng)的定義在計算機、通信與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進程中，計算機通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡(luò)在學(xué)術(shù)上或在不同的階段，有著不甚相同的含義。第一代計算機網(wǎng)絡(luò)是以計算機為中心的遠程集中處理聯(lián)機系統(tǒng)，實質(zhì)上是一個分時的多用戶系統(tǒng)。在ARPANet出現(xiàn)后，計算機網(wǎng)絡(luò)被定義為將各自具有獨立處理能力的計算機系統(tǒng)相互連接成網(wǎng)，實現(xiàn)資源共享。特別強調(diào)獨立處理能力的計算機系統(tǒng)與第一代計算機網(wǎng)絡(luò)所稱的終端是有根本不同的。所謂資源，是指硬件、軟件和相關(guān)數(shù)據(jù)。以上定義側(cè)重于應(yīng)用目的，未指出網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)。計算機通信網(wǎng)則泛指以計算機傳輸信息為目的而連接起來的計算機系統(tǒng)的集合［12］。從宏觀上來講，計算機通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)絡(luò)沒有本質(zhì)上的差別。在研究和工程設(shè)計時，當(dāng)側(cè)重于用戶如何共享和應(yīng)用計算機資源時，一般引用術(shù)語“計算機網(wǎng)絡(luò)”；而側(cè)重于計算機之間信息通信時，則引用術(shù)語“計算機通信網(wǎng)”。多媒體計算機通信支持業(yè)務(wù)的多樣化對計算機通信網(wǎng)提出了更新、更高的要求。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)境中，廣義的第三代計算機網(wǎng)絡(luò)或計算機通信網(wǎng)是指“地理上分散的各自獨立運作的計算機，通過通信基礎(chǔ)設(shè)施互連，在通信協(xié)議控制下實現(xiàn)信息的傳輸、交換、資源共享和協(xié)同工作(CSCW)等的系統(tǒng)”［1］［5］。1.3.2計算機通信網(wǎng)的組成計算機通信網(wǎng)是由通信子網(wǎng)和用戶資源子網(wǎng)組成的，如圖1.3.1所示。用戶資源子網(wǎng)包括各種類型的計算機、終端以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有的請求共享資源，有的可提供資源共享；而通信子網(wǎng)則可以采用電信部門提供的各種網(wǎng)絡(luò)，支持用戶資源子網(wǎng)的接入。圖1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)的組成從圖論來看，計算機通信網(wǎng)的組成單元有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和通信鏈路。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可分為端節(jié)點和轉(zhuǎn)接節(jié)點。轉(zhuǎn)接節(jié)點是指通信設(shè)備，如交換機、集中器、集線器(Hub)、路由器(Router)等，而端節(jié)點是指用戶主機或終端。在計算機通信網(wǎng)中，除了物理上選擇必要的互連之外，還需要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通信控制的軟件，包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和協(xié)議軟件、網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件。

1.3.3計算機通信網(wǎng)的分類1.按服務(wù)性質(zhì)來劃分根據(jù)服務(wù)性質(zhì)，計算機通信網(wǎng)可分為：公用網(wǎng)，又稱公眾網(wǎng)，如中國公眾多媒體通信網(wǎng)；專用網(wǎng)。2.按覆蓋區(qū)域來劃分計算機網(wǎng)絡(luò)從覆蓋區(qū)域來分(參見圖1.3.2)，有廣域網(wǎng)(WAN，WideAreaNetwork)、

城域網(wǎng)(MAN，MetropolitanAreaNetwork)和局域網(wǎng)(LAN，LocalAreaNetwork)。圖1.3.2計算機通信網(wǎng)按覆蓋區(qū)域分類圖1.3.3企業(yè)級和電信級網(wǎng)絡(luò)

LAN的數(shù)據(jù)傳輸率可達10Mb/s、100Mb/s乃至1000Mb/s。在LAN的基礎(chǔ)上，可按需要進而構(gòu)成工作組、部門級直至企業(yè)級的計算機網(wǎng)，如圖1.3.3所示。隨著移動通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以掌上電腦、彩信手機為主要對象組成的個人域網(wǎng)(PAN，PersonalAreaNetwork)的覆蓋區(qū)域一般在幾米到幾十米的范圍。3.按網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)來劃分計算機通信網(wǎng)按拓撲結(jié)構(gòu)來劃分，是一種與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)性能有關(guān)的劃分方法。拓撲(Topology)一詞源自于圖論，從拓撲學(xué)的觀點來看，將計算機通信網(wǎng)中所有節(jié)點(網(wǎng)絡(luò)單元)抽象為“點”，通信鏈路抽象為“線”，形成點、線構(gòu)成的幾何圖形。采用拓撲學(xué)方法將計算機通信網(wǎng)抽象成幾何圖形，稱之為計算機通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。局域網(wǎng)中的主要拓撲結(jié)構(gòu)有總線型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)和樹型結(jié)構(gòu)，如圖1.3.4所示。圖1.3.4常用的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)在廣域網(wǎng)中，拓撲結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般為不規(guī)則形結(jié)構(gòu)，有時稱之為網(wǎng)狀網(wǎng)。為了便于管理，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)又常選用層次結(jié)構(gòu)，由上述的樹型、星型、環(huán)型結(jié)構(gòu)組合而成，如圖1.3.5所示。注意，主干層中要求節(jié)點具有足夠強的處理能力，常將節(jié)點之間一一互連，形成全連通；分布層的節(jié)點從可靠性出發(fā)要求提供冗余的連接方式，常與兩個不同的主干節(jié)點相連。大型的企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)、政府網(wǎng)也可采用層次結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。圖1.3.5層次拓撲結(jié)構(gòu)1.4計算機通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及發(fā)展前景當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)日新月異，以信息技術(shù)、生物技術(shù)為代表的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，深刻影響著各國的政治、經(jīng)濟、軍事、文化等方面。有人形容信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展是一日千里，甚至變幻莫測，因而要對其未來作出精確的預(yù)測往往比較困難。下面從應(yīng)用需求、市場競爭和生產(chǎn)成本等視角，分四個方面闡述其發(fā)展前景［1］［4］［25］。

1.基本目標(biāo)21世紀(jì)是一個信息化社會，面向新世紀(jì)的計算機通信與網(wǎng)絡(luò)的基本目標(biāo)將繼續(xù)在各個國家乃至全球建立起一個完整、統(tǒng)一、先進的公用信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，即國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NII，NationalInformationInfrastructure)和全球信息基礎(chǔ)設(shè)施(GII，GlobalInformationInfrastructure)［4］，實施數(shù)字地球計劃。

NII和GII的基本組成有通信網(wǎng)、計算機(含各種計算機控制的端接設(shè)備)、信息內(nèi)容(各類業(yè)務(wù))和服務(wù)對象(不同背景、年齡段的人)。NII的層次結(jié)構(gòu)可分為傳輸層次、網(wǎng)絡(luò)層次、終端系統(tǒng)和信息服務(wù)四個層次。NII建成之后，一個國家的信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能為任何人在任何地點、任何時間，以任何方式提供可選的任何業(yè)務(wù)，諸如話音、音樂、文字、圖像、數(shù)據(jù)、視頻等，完成全方位通信，如圖1.4.1所示。圖1.4.1計算機通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及發(fā)展展望2.支柱技術(shù)在實施基本目標(biāo)時，必須具有兩個核心的支柱性技術(shù)，即微電子技術(shù)和光(通信)技術(shù)。20世紀(jì)70年代，Intel公司創(chuàng)始人戈登·摩爾提出了摩爾(Moore)定律。摩爾定律預(yù)示芯片的處理能力和集成度每18個月翻一番。這種發(fā)展趨勢是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力，對各行各業(yè)有著相當(dāng)大的影響，在20世紀(jì)下半葉為信息產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新打下了堅實的基礎(chǔ)。人們大多認為，至少在今后15年里，這種發(fā)展將以同樣的速度持續(xù)下去。那時每個芯片的容量可達1010個元器件。盡管理論上芯片容量物理極限為1011個元器件，但每個芯片的實際元器件數(shù)在108～109之間。PC微處理器的處理能力也在不斷地增長，預(yù)計在2011年可達10萬MIPS(百萬條指令每秒)。20世紀(jì)90年代初，以太網(wǎng)發(fā)明者Metcalfe(曼卡夫)提出了曼卡夫定律，其表達式為：網(wǎng)絡(luò)價值其中，N為用戶數(shù)。該定律預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能的增長與連到網(wǎng)上PC能力的平方有關(guān)，預(yù)計每年網(wǎng)絡(luò)頻寬需增長3倍。光(通信)技術(shù)是對信息產(chǎn)業(yè)有著重要影響的另一支柱技術(shù)。1999年，世界電信展暨世界電信論壇會議副主席、加拿大北電網(wǎng)絡(luò)公司(Nortel)總裁約翰·羅斯(JohnRoth)在論壇上提出了互聯(lián)網(wǎng)的“新摩爾定律”——光纖定律(OpticalLaw)：預(yù)計Internet頻寬每9個月會增加一倍的容量，同時成本降低一半。衡量光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展標(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。第一代光纖傳輸使用0.8μm波長的激光器，傳輸率達280Mb/s;第二代光纖傳輸使用1.3μm波長的激光器和單模光纖，傳輸率達560Mb/s;第三代光纖傳輸使用單頻1.5μm波長的激光器和單模光纖;第四代光纖傳輸使用光放大器，數(shù)據(jù)傳輸率達10~20Gb/s。如今,在引用光放大器和波分復(fù)用技術(shù)(WDM)后，可在同一光纖上傳送16種波長，每個波長速率為2.5Gb/s，構(gòu)成一個40Gb/s的光纖傳輸系統(tǒng)；

采用密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)，則可在同一光纖上傳送40種波長，每個波長速率為2.5Gb/s，構(gòu)成一個實用化的100Gb/s的光纖傳輸系統(tǒng)。充裕的光纖傳輸信道將對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引起深遠的變革。3.網(wǎng)絡(luò)融合數(shù)字技術(shù)是21世紀(jì)的主要特征，NII和GII構(gòu)筑在計算機、通信、信息內(nèi)容三方面技術(shù)融合的基礎(chǔ)之上。信息時代的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟也體現(xiàn)了計算機、通信、信息內(nèi)容三種關(guān)鍵經(jīng)濟成分構(gòu)架的融合。與信息技術(shù)(IT，InformationTechnology)密切依存的三網(wǎng)，通常指的是電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)(主要是因特網(wǎng))及有線電視網(wǎng)。可以預(yù)見，不久的將來，計算機、通信、電視網(wǎng)絡(luò)將融為一體。眾所周知，在數(shù)字化的平臺上，原先各有明確傳輸途徑和傳輸內(nèi)容的三個網(wǎng)——電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、有線電視網(wǎng)正在相互滲透，致使行業(yè)之間的界限趨向模糊。例如，在傳統(tǒng)話音業(yè)務(wù)的電話網(wǎng)上提供了增值業(yè)務(wù)——數(shù)據(jù)、傳真甚至視頻信號傳輸；數(shù)據(jù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)也由純粹的數(shù)據(jù)傳送進展到IP話音、圖像等多媒體信息傳送；同樣，基于廣播式單向傳送視頻圖像的有線電視網(wǎng)也在采用各種新技術(shù)實現(xiàn)雙向傳輸，以支持多種業(yè)務(wù)的需求。電話網(wǎng)主要是為傳輸從模擬技術(shù)起步的話音業(yè)務(wù)而優(yōu)化設(shè)計的，其傳輸數(shù)據(jù)的能力存在一定的局限性。為此，20世紀(jì)80年代國際上推出了NISDN(常稱一線通)，即在傳統(tǒng)的電話網(wǎng)上用程控電話交換機實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的綜合化。但由于其性能、價格及互連性等方面都受到限制，因而只在部分地區(qū)得到應(yīng)用。國際電信聯(lián)盟在20世紀(jì)90年代推薦了ATM作為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(BISDN)的基本傳送模式，能確保服務(wù)質(zhì)量(QoS)。這幾年又陸續(xù)推出了一系列相關(guān)建議，取得了較大的進展，但其進程發(fā)展緩慢，事實上并未達到綜合所有業(yè)務(wù)的目標(biāo)。

因特網(wǎng)(Internet)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，給網(wǎng)絡(luò)融合注入了嶄新的生機。Internet采用TCP/IP協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)層上進行互聯(lián)，基本可以使隸屬于不同單位且分布在全球的不同類型的網(wǎng)絡(luò)進行無縫的連接。盡管因特網(wǎng)存在各種缺點，但它的無處不在已既成事實，網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量近年來仍以平均每半年翻一番的速率遞增。市場需要融合的網(wǎng)絡(luò)，可靠、無縫、有效地在企業(yè)和運營商這兩個市場中支持固定電話、移動電話和數(shù)據(jù)的混合應(yīng)用。從發(fā)展前景來看，ITU和ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)正在致力構(gòu)造將電話網(wǎng)與因特網(wǎng)相結(jié)合的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN，NextGenerationNetwork)。目前比較多的觀點認為，NGN能力的標(biāo)志就是具有潛在優(yōu)勢的因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)加上QoS，即“IPovereverything”和“EverythingonIP”成為網(wǎng)絡(luò)融合的平臺，不僅支持話音、移動和數(shù)據(jù)的混合應(yīng)用，而且能根據(jù)具體用戶的需要，以極具個性化的方式來提供服務(wù)。它們能滿足用戶在內(nèi)容、時間、方式、地點等各方面的要求，包括與現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用戶的互通。

4.熱門技術(shù)應(yīng)用需求、市場競爭和生產(chǎn)成本驅(qū)動著新的研究成果不斷轉(zhuǎn)化為外觀時尚、體積小巧、性價比高的新產(chǎn)品。這些產(chǎn)品本身包含著各種熱門技術(shù)。1)多媒體技術(shù)隨著數(shù)字化技術(shù)的進步，數(shù)據(jù)、文本、話音、圖像這些聽覺、視覺類媒體的數(shù)字化已經(jīng)成為現(xiàn)實。多媒體計算機系統(tǒng)集成了語音、圖像的數(shù)字化壓縮處理技術(shù)，不僅有處理能力強的低功耗、高集成、超高速CPU支持，還有海量存儲技術(shù)(如高密度硬盤、CD―R／W和DVD、移動硬盤等)提供了以歷史最低成本進行大規(guī)模存儲的能力；

顯示技術(shù)以低成本、低功耗顯示器提供高質(zhì)量的視頻影像(如ATi、GeForce4圖像加速卡)，并提供功能強大的用戶接口(USB―2，IEEE1394)；軟件技術(shù)采用分布式客戶機／服務(wù)器平臺、嵌入式系統(tǒng)、小型應(yīng)用軟件和可以定制的ASIC，能大面積地重復(fù)使用軟件，使更多的軟件開發(fā)商能創(chuàng)建各類應(yīng)用；無線技術(shù)，如紅外技術(shù)、寬帶CDMA技術(shù)，能經(jīng)濟地提供以前只有固定網(wǎng)才能擁有的帶寬。多媒體應(yīng)用是靈魂，是導(dǎo)向，它將是促進技術(shù)和行業(yè)融合的強大市場驅(qū)動力。與多媒體相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)包括高清晰度電視(HDTV)、高保真音頻信號、高速數(shù)據(jù)，以及遠程教學(xué)、遠程醫(yī)療、電子商務(wù)所需的交互式話音、數(shù)據(jù)、真彩、全動態(tài)的活動圖像和三維視頻信號等。現(xiàn)今，500萬像素的袖珍型數(shù)碼相機、一系列基于Wi―Fi標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)(WLAN)、數(shù)字電視等也將進駐新型家庭計算環(huán)境，使數(shù)字生活將更加精彩，還有協(xié)同計算、游戲和博彩、音樂(MP3)出版、網(wǎng)上電視(WebTV)、網(wǎng)上廣播(WebRadio)等更多應(yīng)用。

此外，虛擬現(xiàn)實(