计算机网络的形成与发展-《计算机网络与通信》书籍回顾

计算机网络是电子计算机及其应用技术与现代通信技术逐步发展、日益密切结合的产物。现代电子计算机诞生之后不久，人们就尝试使用现代通信技术来实现计算机与计算机或数据终端间的通信，计算机网络技术就这样一步步发展过来。虽然只经过了几十年的发展历史，但现在的计算机网络已不是最初的计算机网络所能比拟的，而且计算机网络的内涵也发生了巨大的改变。了解计算机网络的整个发展历史，有助于我们对计算机网络技术的发展有一个清晰的认识。当然，要有了计算机，才能有计算机网络，就像肯定是先有人，然后才会有人类社会一样，所以我们要结合计算机技术的发展来了解计算机网络技术的发展。总体来说，可以把计算机网络的发展历程归纳为以下几个阶段。

1．第一阶段——面向非计算机终端的连接

1946年，世界上第一台数字计算机问世。当时的计算机数量非常少，且非常昂贵。由于那时计算机大都采用批处理方式，所以用户首先要将程序和数据打印成纸带或卡片，再送到计算中心去处理。1954年，出现了一种称为收发器（transceiver）的终端，人们使用这种终端首次实现了将穿孔卡片上的数据通过电话线路发送到远地计算中心的计算机，这种简单的传输系统就是计算机网络的基本原型。当然，这些离我们有些遥远，现在的我们不必研究这些收发器终端及其数据传输原理。第一代计算机网络是以计算机主机（相当于我们现在所说的“计算机服务器”）为中心，一台或多台终端围绕计算机主机分布在各处。计算机主机的任务是进行成批处理，用户终端则不具备数据的存储和处理能力。从某种意义上来说，这根本不能算是真正的计算机网络，因为联网的终端不能算作真正意义上的计算机。之所以网络中更多的是计算机终端，是因为那时的计算机非常昂贵，为了节省成本，在用户端通常只能采用那些不带关键部件的计算机终端。到了20世纪50年代中后期，出现了多路复用器（MUX）、线路集中器、前端控制器等通信联网控制设备。

第一阶段的典型应用是美国航空公司与IBM 公司在20世纪50年代初开始的联合研究，其成果为20世纪60年代投入使用的飞机订票系统SABRE-I，它由一台计算机和全美国范围内2 000 个终端组成。

2．第二阶段——分组交换技术的诞生

为了克服第一阶段计算机网络的缺点，提高网络的可用性和可靠性，专家们又开始研究将多台计算机互联的方法。有问题就要想办法解决，这与现在所有技术的改进思路是一样的。首先，1964年8月保罗·巴兰在美国兰德公司《论分布式通信》的研究报告中提到了“存储转发”的概念。在1962年至1965年间，美国的ARPA（Advanced Research Projects Agency，美国国防部高级研究计划署）和英国的NPL（National Physics Laboratory，国家物理实验室）都对这一新技术进行了研究。后来，英国NPL 的唐纳德·戴维斯于1966年首次提出了“分组”（packet）的概念。在1969年12月，产生了世界上第一个基于分组技术的计算机分组交换系统ARPAnet。这是大家公认的计算机网络的鼻祖。

ARPAnet 是美国国防部高级研究计划局（DARPA）采用电话线路为主干网络建成的。它最开始仅连接了美国加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学和犹他大学4 个结点的计算机，两年后建成15 个结点，此后规模不断扩大。到了20世纪70年代后期，网络结点超过60 个，主机100 多台，地理范围跨越美洲大陆，连通了美国东部和西部的许多大学和研究机构，而且还通过通信卫星与夏威夷和欧洲地区的计算机网络相互连通。

ARPAnet 的运行成功使计算机网络的概念发生了根本性的变化，也标志着计算机网络发展进入了一个新纪元。因为网络的快速发展，出现了接口报文处理机（Interface Message Processor，IMP），即后来的路由器等新的计算机联网设备，IMP 专门负责通信处理，通信线路将各IMP 相互连接起来，然后各计算机主机再与IMP 相连，各主机之间的通信需要通过IMP 连接起来的网络来实现。在第二阶段的计算机网络中，采用了“存储—转发”数据通信方式，也就是各个IMP 在接收到数据后先按接收顺序把数据存储在自己的缓存中，然后再按接收顺序依次进行下一级的数据转发，这样可以使网络上的流量更加平滑、有序。

3．第三阶段——标准化、网络互联、局域网(www.xing528.com)

第二阶段计算机网络的传输方式采用了“存储—转发”方式，极大地提高了昂贵的通信线路资源的利用率。因为在这种“存储—转发”方式的通信过程中，通信线路不会被某一节点间的通信独占，而是可以为多路通信共用。但是第二阶段的计算机网络仍存在许多弊端，主要表现为没有统一的网络体系架构和协议标准。不同公司的网络体系都只适用于自己公司的设备，不能进行相互连接，这样就抑制了计算机网络的发展。针对这种情况，1977年ISO（国际标准化组织）的TC97 信息处理系统技术委员会SC16 分技术委员会开始着手制定开放系统互联参考模型（OSI/RM），并于1984年发布。OSI/RM 模型是一个开放体系结构，定义了网络互联的七层结构，并详细规定了每一层的功能以实现开放系统环境中的互联性、互操作性和应用的可移植性。OSI/RM 模型同时规定了计算机之间只能在对应层之间进行通信，大大简化了网络通信原理，是公认的计算机网络体系结构的基础，为普及计算机网络奠定了基础。当然OSI/RM 标准也是在汇总了不同公司开发的体系架构优点的基础上开发的。

1980年2月，IEEE 学会下属的802 局域网标准委员会宣告成立，并相继推出了若干个802 局域网协议标准，其绝大部分后来被OSI 正式认可，并成为局域网的国际标准。这标志着局域网协议及标准化工作向前迈出了一大步。IEEE 802 局域网标准的制定，极大地推进了计算机局域网的发展。

虽然OSI/RM 的诞生大大促进了计算机网络的发展，但在Internet（互联网）的发展过程中，OSI/RM 却被后来居上的TCP/IP 协议规范远远拋在后面。1983年，DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency，美国国防高级研究计划局）将ARPAnet 上的所有计算机结构转向了TCP/IP 协议，并以ARPAnet 为主干建立和发展了Internet，形成了TCP/IP 体系结构。TCP/IP 协议体系结构虽然不是国际标准，但它的发展和应用都远远超过了OSI/RM，成为Internet 体系结构上的实际标准。当然，我们不能否认OSI/RM 的贡献，它提出的许多计算机网络的概念和技术至今仍广为使用，包括在Internet 上。也正是在它的推动下，使得计算机网络体系结构的标准化工作不断进展，事实上后来的TCP/IP 协议规范也是在OSI/RM基础上改进而来的。我们将在后续章节详细学习OSI/RM 和TCP/IP 体系结构。

4．第四阶段——互联网和高带宽

进入20世纪90年代后，网络进一步向着开放、高带宽、高性能方向发展。自OSI 参考模型推出，计算机网络一直沿着标准化的方向在发展，而网络标准化推动了Internet 的飞速发展。高速以太网技术和光纤技术的发展成熟又大大促进了Internet 的进一步发展普及。Internet 是计算机网络最辉煌的成就，它已成为世界上最大的国际性计算机互联网，并影响了人们生活的各个方面。

进入21世纪以后，随着宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速发展，人们迫切希望能够随时随地，乃至在移动过程中都能方便地从互联网获取信息和服务，移动互联网应运而生，并迅猛发展。

5．第五阶段——NGN

下一代计算机网络（Next Generation Network，NGN）是什么，目前还没有形成统一的标准，但总体而言，普遍认为下一代计算机网络是计算机网络、电信网络、广播电视网络的融合，是可以提供语音、数据和多媒体等各种业务的综合性开放网络，是业务和承载分离的网络。我们目前正处于第四代和第五代之间的过渡时期，看得见的一些下一代计算机网络的特征包括：物联网（Internet over Things，IoT）、云技术（cloud）、虚拟化（virtualization）等等。