计算机网络的形成与发展
计算机网络的形成与发展
计算机网络(Computer Network)是计算机及其应用技术与通信技术结合的产物，是信息交换和资源共享的技术基础。为迎接信息社会的挑战，世界各国纷纷建设信息高速公路(Information Highway)、国家信息基础设施(National Information Infrastructure)等计划，其目的就是构建信息社会的重要物质和技术基础。在信息社会，信息资源已成为社会发展的重要战略资源。计算机网络是国家信息基础建设的重要主成部分，也是一个国家综合实力的重要标志之一。
1946年第一台电子计算机诞生标志人类向信息时代迈进。计算机应用的发展使得计算机之间对数据交换、资源共享的要求不断增强，因此互连的计算机-计算机网络出现了。计算机网络从20世纪60年代开始发展，由简单到复杂、由低级到高级，已形成从小型局域网到全球性的广域网的规模。仅在过去的20多年里，计算机技术取得了惊人的发展，处理和传输信息的计算机网络也成为信息社会的基础。在今天，日常生活和工作离不开计算机网络，比如基于资源共享的科学计算、网络教育、电子商务、电子政务、远程医疗、电子邮件、网上娱乐等等。
计算机网络的发展主要经历了以下几个阶段：
1. 20世纪60年代初：面向终端的以单计算机为中心的联机系统
20世纪60年代初，计算机非常庞大和昂贵。为了共享资源，实现信息采集和处理，相对便宜的远程终端利用通信线路和中央计算机连接起来，形成了面向终端的以单计算机为中心的联机系统，如图1-1所示。美国航空公司订票系统(SABRE-1)就是一个例子。该系统以一台大型计算机作为中央计算机，外联2000多台终端遍布美国各地区。为了中央计算机更好地发挥效率进行数据的处理与计算，通信任务从中央计算机中分离出来，形成了通信处理机或称为前端处理机。
2. 20世纪60年代末期：计算机-计算机网络及分组交换网阶段
随着计算机技术和通信技术的进步，形成了将多个单处理机联机终端网络互连，以多处理机为中心的网络，这种网络称为计算机-计算机网络，简称计算机网络，如图1-2所示。在这一阶段，由美国国防部高级计划属ARPA建成了分组交换网-ARPANET。该网络横跨美国东西部地区，主要连接政府机构、科研教育及金融财政部门，并通过卫星与其他国家实现网际互联。ARPA网的主要技术创新体现在分组交换技术的应用及连接节点都是独立的计算机系统，而且信道采用宽带传输，网络作用范围大，拓扑结构灵活。另外，在此期间美国贝尔(Bell)实验室的科研人员发明了(Newhall)环型网络，其基本原理被后来的令牌环继承，
3. 20世纪70年代：计算机网络体系结构标准化与局域网研发阶段
在这个时期，各计算机厂商制定自己的网络技术标准，并最终形成了计算机网络体系结构的国际标准。IBM公司提出了系统网络体系结构SNA(System Network Architecture)标准，DEC公司提出了数字网络体系结构DNA(Digital Network Architecture)标准。随后，国际标准化组织ISO成立了计算机与信息处理标准化委员会(TC97)下的开放系统互连分技术委员会(SC16)，并于1981年制定了“开发系统互连参考模型(OSI/RM)”计算机网络的一系列国际标准。作为国际标准，OSI规定了可以互联的计算机系统之间的通信协议，为计算机网络互联的发展打下了基础。
4. 20世纪80年代：局域网标准化和发展阶段
个人计算机及通信技术的进步推动了部门和单位内部网络的发展。这样的网络地理范围通常在十公里以内，称为局域网。在这一时期，美国3大公司Xerox、DEC和Intel联合公布了局域网的DIX标准，以太规范。美国电子与电气工程师协会(IEEE)计算机学会的802局域网委员会成立，并相继提出了IEEE802.1~802.14等局域网标准，成为局域网国际标准。同时，随着光纤技术的发展以及通信业务的多媒体化，使宽带通信业务得到迅猛的发展，出现了光纤分布式数据接口(FDDI)的高速局域网技术，也推动了分布式队列双总线(DQDB)和多兆位数据交换服务(SMDS)等城域网技术的开发。
5. 20世纪90年代：Internet蓬勃发展阶段
互连网(internet)是泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络, 它使得互连接的计算机用户可以进行通信，即从功能上和逻辑上看，这些机器互连在一起，组成一个网络系统。当前世界最大的、开放的互连网是因特网(Internet)，由众多网络相互连接而成的特定的计算机网络，采用TCP/IP协议族。Internet使得世界各地的计算机用户通过高速网络共享信息资源。
Internet网始于 60 年代，前身是由美国联邦政府开发的 ARPANET 网。1986年，美国国家科学基金会(NSF)建立了国家基金网(NSFNET)，覆盖了全美主要的大学和研究机构。随着NSFNET主干网速率的不断提高，它成为Internet的主要组成部分。1991年以来，Internet不断扩大，各国的大学、研究部门、政府机构、商业组织纷纷接入。尤其英国科学家Tim Berners-Lee开发的WWW(World Wide Web)技术的成熟应用，有力地促进了Internet的推广应用。现在Internet包括了几十万个全球范围内的局域网，这些局域网通过主干广域网互联起来。在互联网上，每天增加上百万的新网页，成为现实社会最大的信息公告板。与此同时，电子商务、电子政务的发展，进一步促进了信息技术的应用，通信技术的长足发展与网络技术的紧密结合，使得电信网络、电视网络与计算机网络向着融合统一的趋势发展。
计算机网络的构成
计算机网络是一种将地理位置不同的、具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来，按照网络协议进行通信以实现信息传递和资源共享的系统。计算机网络的本质是把两台以上具有独立功能的计算机系统互连起来，提供若干个计算机之间的连通性，以达到资源共享和远程通信的目的。
计算机网络是一个复杂的系统。从逻辑上，计算机网络被划分为通信子网和资源子网。由通信处理机、通信线路和其他通信设备构成的通信子网实现了数据的传输，由主机及与主机相联的终端及其他外设、各种软件资源和信息资源构成的资源子网负责数据处理，为网络用户提供网络服务。通信处理机也称为网络中间节点或网络节点，通常由网络互连设备如路由器等组成。网络中的主机可以是大型机、小型机、服务器、工作站和个人计算机。
从计算机网络的实现上，它由网络硬件和网络软件构成。
1. 网络硬件：网络连接设备及实现数据传输和处理的硬件。包括网络互连设备，联网部件、传输介质、服务器及客户机(工作站或个人计算机)等。
常用的网络互连设备包括网桥、交换机、路由器和网关。根据网络互连的不同层次，使用不同的网络互连设备。这些设备构成了网络的中间节点，实现不同网络节点间数据的存储和转发。
联网部件主要包括网卡或适配器、调制解调器、连接器、收发器等。例如，通过局域网接入Internet必须使用网卡，通过电话线接入Internet必须使用调制解调器(Modem)。
传输介质，也称为通信媒体。主要有同轴电缆、双绞线、光纤及微波、无线电、红外线等。它们构成通信双方的通信介质，实现数据的传输。
服务器是为客户端(网络用户)计算机提供各种服务的高性能计算机。根据其用途不同，可以分为WWW服务器，邮件服务器，文件传输服务器等。
客户机是指网络用户方计算机，可以是工作站、个人计算机，甚至是终端。
2. 网络软件：网络协议、网络操作系统及其他应用软件
网络协议是网络中实体之间通信的规则和标准。大多数网络协议都是分层实现的，每一层的协议定义了该层通信双发的通信规则，并向它的上一层提供透明服务。常见的网络协议如TCP/IP协议族、IPX/SPX等。
网络操作系统实现系统资源共享，管理用户的应用程序对不同资源的访问。如Windows 2000、Windows NT、NetWare、UNIX等。通常网络操作系统还提供各种设备如网卡的驱动程序。
其他应用软件包括用于实现网络用户与网络接入的认证管理以及监控、审计、计费等的网络管理软件;用于保证网络系统不受恶意代码、行为和病毒破坏，实现入侵检测等的网络安全软件;为网络用户提供服务的网络应用软件。
网络软件与运行于单个计算机上的软件相比，它实现了网络特有的资源共享、相互通信的功能。与分布式软件相比，网络软件侧重于数据在源和目的地之间地传输，而不是信息处理透明和自动地完成。