网络的形成和发展

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1、网络的形成与发展 任何事物的发展都要经历一个从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。计算机网络是 电子计算机及其应用技术与通信技术逐步发展、日益密切结合的产物，它的形成过程，是从简单的为解决远程计算、信息收集和处理而形成的远程联机系统开始的。随着技术的发展和 服务的需要，又在联机系统的基础上发展到把多台中心计算机相互连接起来，并从只是实现 计算机之间相互相互传输数据的通信网络，到实现以资源共享为目的的计算机网络，才标志着网络技术达到了成熟的高级的阶段。概括地说，其发展过程可划分为：面向终端的数据通 信阶段，面向通信的分组交换网阶段，实现面向应用的计算机网络阶段，以及网络标准化和 广泛应用与进一步

2、发展阶段。 1- 1- 1 面向终端的网络 起初，使用计算机的（本地的或远地的）用户只能亲自携带程序和数据，到机房用手工 方式上机，或者委托机房工作人员代劳。这种工作方式，用户（尤其是远地用户）需在时间、精力和经济上付出较大的代价。到了六十年代初期，由于计算机软件方面的发展，也由于电 子计算机越来越广泛地在各个部门应用，迫切需要对分散在各地的数据进行集中处理，从而 促使批量处理系统采用通信技术，产生了具有通信功能的单机系统，如图1- 1(a)所示。其基本思想，就是在计算机上设置一个通信装置使其增加通信功能，将远地用户的输入输出装置通 过通信线路（模拟的或数字的）直接与计算机的通信控制装置相连。

3、这样，电子计算机一边 从远地站点输入信息，一边处理信息。最后的处理结果也经过通信线路直接送回到远地的用户终端设备。计算机与通信的结合就这样开始了。从通信的角度，当时称这种远程联机系统 为“数据通信系统”。数据通信系统较之原先的本地系统不仅提高了计算机系统的工作效率 和服务能力，而且大大促进了计算机技术和通信技术的发展和密切的结合。 终端设备与计算机之间连接的方式可以是多种形式的。最初的连接方法采用点- 点式专 线，每个终端都独占一条线路，形成一种辐射式星形结构，从而线路利用率很低。随着进一 步采用先进的通信技术，又出现了多点或分枝连接方式，亦即允许多台终端共用一条或一段线路与主机相连。后来由于

4、分时系统的发展，需要连接的终端数目越来越大，于是出现了利 用现有的公用电信网（如：电报网、电话网或数字数据网等）来实现终端与计算机之间传输 信息的情况。并且，由于连接的终端数目的增加，为了减轻主机的通信负担，计算机系统中附加了专用的、更加智能化的多路通信接口或通信控制装置。计算机系统从简单的联机系统 逐渐发展成为更加复杂的联机系统，连接着更多的终端设备以适应需要，如图1- 1(b)所示。这 种远程联机系统称为“面向终端”的计算机网络，所采用的通信手段，称为“数据通信系统”。这种系统仍然存在两个缺点：(1)主机系统的负荷较重，它既要承担数据处理任务，又要承担 通信任务；(2)通信线路的利用率很低

5、，尤其是终端距离主机较远时更是如此。 为了克服第 1 个缺点，可以在主机之前设置一个前置通信处理机（一种专用计算机），专门负责与终端之间的通信控制，以便让主机集中更多的时间处理数据。为了克服第 2 个缺 点，通常在用户终端较集中的地区设置一台集中器（又叫“终端控制器”），终端通过低速2线路先汇集到集中器上，然后再用较高速专线，或由公用电信网提供的高速线路，将集中器 连到主机的前置处理机上，如图 1- 2 所示。 ( a ) 最简单的远程联机系统 ( b ) 较复杂的远程联机系统 图 1 - 1 具有通信功能的联机系统 图 1 - 2 具有通信功能的多机系统 为了完成集中器和前置处理机应具有的复

6、杂的通信控制功能，通常都采用小型计算机或 微型计算机来做成集中器和前置处理机 FEP。因此，这种联机系统已不再是终端与主机之间的直接线路连接关系，而是在它们中间经过了计算机- 计算机之间通信的网络连接关系，但它 仍然还是“面向终端”的计算机网络。这被人们称为第一代计算机网络。 从 60 年代起，前置通信处理机和集中器被广泛采用，从而使数据通信系统很快向网络形态发展，涌现出许多著名的面向终端的网络系统。例如，1963 年在美国投入使用的飞机订票3系统 SABRAI，其中心是设在纽约的一台中央计算机，2000 个售票终端遍布全国，使用多点 分枝线路与中央计算机相连。另一个例子是 1968 年建成的

7、美国通用电气公司的 GE网络。此 网络采用分层星型结构，一台主计算机连结七个中心集中器，通过它们与分布在世界上23 个地点上的 75 个远程集中器相连。这是世界上第一个面向数据处理的商用计算机网络。 1- 1- 2 面向通信的网络 面向终端的计算机网络在其应用与发展的过程中，随着被连入的主机和终端数目的不断增加，网络的覆盖面积在不断扩大，结果是通信问题表现得越来越突出和重要。当时的数据 通信存在的主要问题是：（1）通信资源主要来源于租用现有的电话、电报网的线路，在传输 质量和速率等方面不能满足数据通信的要求；（2）传统电话网的线路交换和电报网的报文交换方式不能在通信线路的利用率和传输迟延两方面

8、获得很好的折衷；（3）没有统一的数据通 信体制和网络体系结构，各家网络的发展各行其是，而且往往在同一地区搞重复建设，但又 互不兼容，网络之间无法互通。因此，在60年代中期面向终端网络蓬勃发展的同时，一场新的通信体制的革命也在悄然进行，最终导致分组交换网的出现。 1964 年 8 月，欧洲RAND公司的 Paul Baran等人发表了一篇研究报告(P. Baran et al: “ On Distributed Communications” , Series of 11 reprots, Rand Coorp. Santa Monica, Ca.,Aug. 1964)，为北大西洋公约组织提出了

9、一个基于话音分片打包传输与交换的空军通信网络体制，目的在于 提高话音通信网的安全和可靠性。这个网络的工作原理设想是：把送话人的话音信号分割成 数字化的一些“小片”，各个小片封装成“包”在网内的不同通路上独立地传输到目的节点站，最后从包中卸下“小片”装配成原来的话音信号送给受话人。这样，在除目的地之外的 任何其它节点站所能窃听到的只是个别小片片，不可能组装成一个完整的语句。另外，由于 每个话音小片可以有多条通路到达目的站，因而网络具有抗破坏和抗故障能力。可惜这一设想在当时未能引起有关当局的重视，也有当时技术上的原因。 1966 年英国国家物理实验室的Davies 首次提出分组(packet，又译

10、为“数据包”)的概念， 与 Paul Baran研究报告的设想一致。第一个利用分组交换(packet switching)技术的是美国国防部的高级研究计划局(Advanced Research Project Agency, 简称 ARPA)。 当时 ARPA决定致力于 开发一个能实现资源共享的计算机网络，把分组交换技术应用于网络的数据通信。这就是于 1969 年建成的 ARPANET世界上第一个采用分组交换技术的计算机网络被后人称为“网络之父”，也是现今“因特网”的前身。 4图 1 - 3 采用分组交换网的计算机网络 分组交换网是一种完全“面向通信”的网络，如图 1- 3 所示，它为计算机组

11、网提供先进 的通信资源，所以它的出现使计算机网络的概念发生了根本的变化：（1）用“通信子网”概 念来研究网络的结构中的通信支持；（2）更加强调通信资源的共享；（3）第一次出现了“计算机通信网”的术语，从而开辟了专门研究计算机网络通信体系的新的技术领域。进入70 年 代后，世界各国尤其是发达国家对“面向通信”的网络建设，犹如雨后春笋，迅速发展。例 如，美国的TELENET，TYMNET，加拿大的DATAPAC，法国的CYCLADES，TRANSPAC和英国的 NPL，BPSS，等等，相继建成并投入运行。据统计，到 1987 年底为止，全世界共 有 87 个国家和地区的 214个公共分组交换网在运

12、行，各国都非常重视这种通信资源的建设与 发展。我国于 1988 年建成第一个公共数据网实验网 CNPAC，1990 年建成完善的公共数据网CHINAPAC。而且，目前大多数网络都已实现了国际互联。 分组交换网的出现和成功，使计算机网络的概念和结构迅速发生了根本的变化。如图1- 3 所示，在“面向通信”的网络的外围，具有大量资源的主机系统（这些主机系统本身可能带有大量用户终端）可直接连接到网络的节点上，这就形成了以分组交换网为通信枢纽、以用 户系统（终端或主机）为资源集散场所的网络格局。这样，使网络中的数据通信与数据处理 的功能非常明显地界定开来。从此，出现了“用户子网”和“通信子网”的结构概念

13、。 这种以通信网络为中心的计算机网络一般被人们称为“第二代计算机网络”，它比第一 代面向终端的网络在概念上发生了根本变化，在功能上也扩展了很多。 1- 1- 3 面向应用的网络 第二代计算机网络的形成，使得用户系统可以彻底从复杂的通信服务中摆脱出来，而集 中于对计算机资源的管理和应用系统的开发。也就是说，这种网络的起初目的主要是实现主 机系统之间彼此交换数据，以后逐渐地在应用中提出进一步的要求，即：（1）某一系统上的用户希望使用另一系统中的计算机资源；（2）某一系统的用户希望利用另一系统来完成或与 之共同完成某一项应用，从而形成分布的应用环境和应用系统。因此，这一阶段的网络发展， 更加注重于网

14、络“资源共享”方面的自动管理和应用系统的开发，导致了网络操作系统的形成和使用。这时，计算机网络逐渐步入高级形式的成熟阶段。 5在这一阶段的另一个重要发展，是对网络结构的规范，即“网络体系结构模型”的提出 和采用。在一些主要国家（如美国、法国、加拿大、英国等）的计算机公司，自七十年代中 期起纷纷宣布各自的网络的同时，也公布了各自采用的网络体系结构，声称为用户提供设计成套计算机通信产品的统一设计概念，使用户不必为自己研建网络而另搞一套。 例如美国IBM 公司于 1974 年率先公布了“系统网络体系结构”(SNA)。接着，1975 年美国 DEC 公司也公 布了“分布网络体系结构”(DNA)。197

15、6年美国 UNIVAC 公司推出“分布式通信网络体系结构”(DCA)。事实上，最具影响力并持续至今的网络体系要算ARPANET 的 DoD TCP/IP互联 网的体系结构。 世界范围内不断出现一些按照不同概念设计的各种网络，有力地推动了计算机网络技术的深入发展和广泛应用。鉴于这种形势，国际标准化组织 ISO 和国际电信联盟 ITU- T（当时 是 CCITT）于 1977年开始，几乎同时在进行网络体系结构标准化的工作，并于八十年代初开 始陆续颁布各个标准或建议文本。所以，从八十年代开始，计算机通信网和计算机网络的发展步入了规范化的进程。 本书的第 3 章将详细讲述网络体系结构及其标准化方面的内

16、容。 1- 1- 4 进一步发展与广泛应用 一些国家的通信部门瞄准计算机联网的发展趋势，或者是迫于通信资源的需求浪潮，大 力加强发展公用通信网的建设，尤其是数字通信网和数字数据网（DDN）的建设，为计算机 网络提供充裕的通信资源。这样，不仅加快了建网速度（一般 1 至 2 年即可基本建成一个网络），提供经济的通信线路，而且也有利于通信资源的更有效利用。 回顾一下，七十年代计算机网络发展的一个重要特点是：从单机远程联机到多机联网， 一开始就向广域和大规模的方向发展，复盖面积从一个部门，一个国家，直到国际连结。到了八十年代，由于微处理器产品的成熟和成本下降，智能设备和微型计算机象潮水般涌向社 会。一个单位一个部门拥有的计算机越来越多，实现它们的互连成为一种新的社会需求。因 而，大量出现在一座办公楼、一个校园、一个工厂内部的局部区域网，形成了八十年代网络发展的一个新的特点。 八十年代网络发展的另一个特点是网络业务向综合信息的方向发展。人们从七十年代中 期就开始研究的综合通信网技术，到了八十年代获得巨大进展，开始出现一些综合业务局域网和