计算机网络的产生与发展

1.计算机网络的产生

在20世纪50年代初，美国航空公司与IBM 公司开始联合研究应用于民用系统方面的计算机技术，并于20世纪60年代初投入使用飞机订票系统SABRE-I。1968年，美国通用电气公司投入运行了最大的商用数据处理网络信息服务系统，该系统具有交互式处理和批处理能力，由于地理范围跨度大，可以利用时差达到资源的充分利用。

1966年12月，罗伯茨开始全面负责ARPA 网的筹建。经过近一年的研究，罗伯茨选择了一种名为IMP（接口信号处理机，路由器的前身）技术，来解决网络间计算机的兼容问题，并首次使用了“分组交换”作为网间数据传输的标准。这两项关键技术的结合为ARPA 网奠定了技术基础，创造了一种更高效、更安全的数据传递模式。1968年，一套完整的设计方案正式启用，同年，首套ARPA 网的硬件设备问世。1969年10月，罗伯茨将首个数据包通过ARPA 网由UCLA（加州大学洛杉矶分校）出发，经过漫长的海岸线，完整无误地传输到斯坦福大学的实验室。在这之后，罗伯茨还不断地完善ARPA 网技术，从网络协议、操作系统再到电子邮件。

1969年12月，Internet（互联网）的前身——美国高级研究计划署ARPA（Advanced Research Projects Agency）网投入运行，该计算机网络系统是一种分组交换网，它标志着计算机网络的兴起。分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性变化，并为后来的计算机网络打下了坚实基础。

2.计算机网络的发展

由美国高级研究计划署（Advanced Research Projects Agency，ARPA）组织研制成功的ARPANET 网络是现在Internet 的前身。计算机网络的发展大致可划分为4 个阶段：

（1）第一阶段——诞生阶段。20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内2 000 多个终端组成的飞机订票系统。终端是一台计算机，其外部设备包括显示器和键盘，无CPU 和内存。第一代计算机网络如图1.3所示。

图1.3　第一阶段的计算机网络

随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机（FEP）。当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”，但这样的通信系统已具备了网络的雏形。

（2）第二阶段——形成阶段。20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络，如图1.4所示。它是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务的系统，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划署协助开发的ARPANET。主机之间不是直接用线路相连，而是由接口报文处理机（IMP）转接后互联的。IMP 和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成了资源子网。在这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，这形成了计算机网络的基本概念。

图1.4　第二阶段计算机网络(www.xing528.com)

（3）第三阶段——计算机网络互联标准化。计算机网络互联标准化（互联互通阶段）是指具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络，如图1.5所示。ARPANET 兴起后，计算机网络发展迅猛，各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品。但由于没有统一的标准，不同厂商的产品之间互联很困难，人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境，这样便应运而生了两种国际通用的最重要的体系结构，即TCP/IP 体系结构和国际标准化组织的OSI 体系结构。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。

图1.5　第三阶段计算机网络结构示意图

到了20世纪80年代，随着个人计算机（PC）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、个人计算机及局域网发展的需要，于1980年2月在旧金山成立了IEEE 802 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——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基础。

（4）第四阶段—高速网络技术阶段。

近年来，随着通信技术，尤其是光纤通信技术的发展，计算机网络技术得到了迅猛发展。光纤作为一种高速率、高带宽、高可靠性的传输介质在各国的信息基础建设中逐渐被广泛使用，这为建立高速的网络奠定了基础。千兆乃至万兆传输速率的以太网已经被越来越多地用于局域网和城域网中，而基于光纤的广域网链路的主干带宽也已达到10 GB 数量级。随着网络带宽的不断提高，更加刺激了网络应用的多样化和复杂化，多媒体应用在计算机网络中所占的份额越来越高，同时，用户不仅对网络的传输带宽提出了越来越高的要求，对网络的可靠性、安全性和可用性等也提出了新的要求。为了向用户提供更高的网络服务质量，网络管理也逐渐进入了智能化阶段，包括网络的配置管理、故障管理、计费管理、性能管理和安全管理等在内的网络管理任务都可以通过智能化程度很高的网络管理软件来实现。计算机网络已经进入了高速、智能的发展阶段。第四阶段的计算机网络如图1.6所示。

图1.6　第四阶段计算机网络

目前，计算机网络正朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深入，全球以Internet 为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet 已经成为人们最重要的、最大的知识宝库。

3.计算机网络的发展趋势

计算机网络的发展方向是IP 技术加光网络，光网络将会演进为全光网络。从网络的服务层面上看将是一个IP 的世界，通信网络、计算机网络和有线电视网络将通过IP 三网合一；从传送层面上看将是一个光的世界；从接入层面上看将是一个有线和无线的多元化世界。涉及的内容有三网合一、光通信技术、IPV6 协议、宽带接入技术、移动通信系统技术。