计算机网络的形成与发展.doc

1-1 计算机网络的形成与发展计算机网络是计算机技术与通信技术紧密结合的产物。 一、计算机网络的形成任何一种新技术的出现都必须具备两个条件，一是强烈的社会需求，二是前期技术的成熟。计算机网络技术的形成与发展也遵循这样一个技术发展轨迹。 单机(1946年ENIAC诞生） 大、中、小型机庞大，昂贵 缺点资源无法共享 网络 始于50s，近20年发展迅速。发展的动力： 资源共享的需求 大型项目的合作 人与人之间的沟通 20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE的开发始了计算机技术与通信技术相结合的尝试。 SAGE系统需要将远程雷达与其他测量设施连接起来，使得观测到的防空信息通过总长度达2，410，000KM的通信线路与一台IBM计算机连接，实现分布的防空信息能够集中处理与控制。要实现这样的目的，首先要完成数据通信技术的基础研究。1954年，一种叫收发器的终端研制成功，人们用它首次实现了将穿孔卡片上的数据从电话线路上发送到远地的计算机，此后电传打字机也作为远程终端和计算机相连。而计算机的信号是数字脉冲，为使它能在电话线路上传输，须增加一个调制解调器，以实现数字信号和模拟信号的转变。用户可在远地的电传打字机上输入自己的程序，而计算机算出的结果又可从计算机传送到电传打字机打印出来。计算机与通信的结合开始。 面向终端的远程联机系统（以单个计算机为中心）这一阶段研究的典型代表有： 美国飞机定票系统SABER， 美国半自动防空系统SAGE， 美国通用电气公司的信息服务网(GE Information Services Network)。 随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求。这种需求主要来自军事、科学研究、地区与国家经济信息分析决策、大型企业经营管理。他们希望将分布在不同地点的计算机通过通信线路互联成为主计算机计算机网络。网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软件、硬件与数据资源，也可以使用联网的其他地方的计算机软件、硬件与数据资源，以达到计算机资源共享的目的。 这一阶段研究的典型代表：美国国防部高级研究计划局的ARPANET（通常称为ARPA网）。随着个人计算机（PC）与工作站的出现与广泛应用，小范围的多台计算机联网的需求日益强烈。20世纪70年代初，一些大学和研究所为实现实验室外或校园内多台计算机共同完成科学计算与资源共享的目的，开始了局域计算机网络的研究。 这一阶段研究的典型代表： 加州大学的NEWHALL环网 美国XEROR公司的ETHERNET网 英国剑桥大学的CAMBRIDGE RING环网。 二、计算机网络发展阶段的划分 从体系结构来观察，网络的发展可分为四个时代： 联机终端系统 以通信子网为中心 采用标准化的层次体系结构 以Internet为主体 1.以主机为中心的联机终端网络系统 20世纪60年代以前。 特征 共享主机资源 单台主机计算、通信 多台终端用户交互 本地、远程连接 结构 例子 美国的飞机订票系统SABRE-1 1 HOST 2000 Terminal 通信线路（电话线路） 此结构的网络至今仍在使用 缺点 主机负荷重，数据处理通信 线路利用率低 2.主机主机网络 20世纪60s 20世纪70s 特征 单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机” 结构 主机主机网络的演变 演变阶段1 通信任务从主机中分离 CCP-通信控制处理机专门处理主机之间的通信任务 两层网络概念的出现 l 由CCP组成的传输网络通信子网，为资源子网提供信息传输服务 l 主机的集合资源子网，提供各种网络资源，建立在通信子网基础上（可多系统并存） 演变阶段2 - 通信子网规模扩大，私有社会公用 - 公用数据通信网 PSTN X.25 优点 降低用户系统建设成本 通信线路利用率高 兼容性好 例子 因特网的前身ARPANET 美国军方建立的实验性网络 最初4个节点70s的60多个节点 地域跨越美洲、欧洲 具有现代网络的许多特征，例如 分组交换 分层次的网络协议 第二代计算机网络的不足之处 网络普及程度低 标准不统一 网络体系结构的研究不成熟 3.采用标准化的层次体系结构 20世纪70s-90s 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础 标准化过程的两个阶段: 厂商标准：IBM-SNA,DEC-DNA 缺点：适用范围：兼容性？ 技术垄断：竞争？ 标准不统一：用户利益？ 标准制定问题 标准化任务只能由不偏向于任何厂商的非盈利中立组织来制定 例外“事实上的标准”，如TCP/IP 国际标准：ISO-OSI/RM Open System Interconnection/ Recommended Model （开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型） OSI参考模型是一种概念上的网络模型 其标准保证了不同网络设备之间的兼容性和互操作性 规定了网络体系结构的框架 只说明了做什麼（WHAT TO DO）而未规定怎样做（HOW TO DO） 现在的计算机网络均是在OSI/RM的框架下运作的 PC导致了局域网的出现 局域网的标准：IEEE802 IEEE802也符合OSI/RM标准 开始就建立在标准化的基础上 4、以Internet为主体 20世纪90s-至今 - Internet空前发展 - Web技术在Internet/Intranet 得到广泛应用 Internet的发展速度 - 是历史上发展最快的一种技术以商业化后达到 5000 万用户为例： 电视用了13年，收音机用了38年，电话更长 Internet 从商业化后达到 5000 万用户用了4 年时间 Internet 正在以超过摩尔定理（莫尔定理预测，微电子芯片的计算功能每18个月就会提高一倍）的速度发展 有远见的政府不断支持：1969美国、欧洲 有风险的企业参与和投入： - NFS：MCI、IBM - vBNS：MCI；Abilene: Qwest，CISCO 联合协作的开放式研究：IETF/RFC 教育和科研的示范网络为起点 - 具有实验物理学的研究特点 - ARPAnet、NSF、ANS、vBNS 简单实用的技术路线：TCP/IP 结构三、计算机网络的发展趋势计算机网络的发展趋势可概括为：一个目标、两个支撑、三个融合、四个热点。1 1、一个目标 面向21世纪计算机网络发展的总体目标就是要在各个国家、进而在全球建立完善的信息基础设施。1993年美国政府制定了信息高速公路（即国家信息基础设施NII）发展计划，建设目标是在全国范围内建立为民众普遍服务的信息基础设施。基本组成包括：通信网、计算机、信息内容和各种年龄、背景的人1994年西方七国部长会议上提出了实话全球信息基础设施（GII）的若干原则。1998年美国政府又提出了实施数字地球的计划。 （NII在建成之后，一个国家的信息网络能使任何人在任何地点、任何时间，可将文体、声音、图像、电视信息等各种媒体信息传递给在任何地点的任何人）2 2、两个支撑 微电子技术和光技术。 微电子技术的发展是信息产业发展的基础，也是驱动信息革命的基础。 莫尔定理预测，微电子芯片的计算功能每18个月就会提高一倍。这一发展趋势将会持续到2010年，那时芯片最多可包含10（10）个元件，理论上的物理极限是第个芯片可包含10（11）个元件。INTEL期望在2011年能生产出每个芯片包含10亿个晶体管的产品。 自1980年以来，微处理器的速度一直以每5年10倍的速度增长。PC的处理能力在2000年达1000MIPS，预测在2011年可达10万MIPS。 驱动信息革命的另一个支撑技术是光电子技术。评价光纤传输发展的标准是传输的比特率和信号在需要再生前可传输的距离的乘积，在过去10年间，该性能每年翻一番，这种增长速度可望再持续10年到15年。 在单一光纤上传输100Gbps含40种波长的商用系统已在2000年实现，可同时传送100万个话音和1500个电视信道。3 3、三个融合 支持全球建立完善的信息基础设施的最重要的技术是计算机、通信、信息内容这三种技术的融合。 计算机：计算机硬件、计算机软件以及相应的服务； 通信：电话、电视电缆、卫星以及无线通信等； 信息内容：教育、娱乐、出版、信息提供者等。 电信网、电视网、计算机网三种网络的全一是当前网络发展的趋势。其最重要的技术基础是数字化。4 4、四个热点（1）多媒体 随着数字化技术的成熟，数据、文本、声音、图像这些媒体都以数字化，从而产生多媒体技术。 多媒体的应用有视频点播、交互视频、包括视频的协同工作、文件共享、白板、教程医疗和远程教学。 所有多媒体应用的共性是需要大量带宽和处理能力，多媒体应用是促进技术和行业融合的强大市场驱动力。（2）宽带网 要建立真正的宽频带多媒体网络，达到信息高速公路的目标，需要高速的传输载体，信息高速公路的载体有两个技术特征：一个是在任何时间、任何地点都能提供全彩色、全动态的视频信号，另一方面要提供全交互的、双向的信息流通信。传统的电话通信可在全世界范围实现双向通信，但接入最终用户的容量有限。传统的电缆网容量大，但是单向传输，没有交互通信能力。光缆的出现，极大地改观了网络带宽的现状。同时由于采用了先进的压缩技术，可以在同样带宽的信道上传输更多的信息。（3）移动通信 便携式智能终端PCS可以使用无线技术，在任何地方以各种速率与网络保持联络。这些PCS系统支持语音、数据和报文等