1.1 计算机网络的产生与发展

计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。网络技术的进步正在对当前信息产业的发展产生着重要的影响。纵观计算机网络的发展历史可以发现，计算机网络与其他事物的发展一样，也经历了从简单到复杂、从低级到高级、从单机到多机的过程。在这一过程中，计算机技术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了计算机网络。计算机网络的发展大体上可以分为 4 个阶段：面向终端的通信网络阶段、计算机互连阶段、网络互连阶段、Internet与高速网络阶段。

1.面向终端的通信网络阶段

1946年，世界上第一台数字计算机ENIAC的问世是人类历史上划时代的里程碑，但最初的计算机数量稀少，并且非常昂贵。当时的计算机大都采用批处理方式，用户使用计算机首先要将程序和数据制成纸带或卡片，再送到中心计算机进行处理。1954年，出现了一种被称为收发器（Transceiver）的设备，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的计算机。此后，电传打字机也作为远程终端和计算机相连，用户可以利用计算机在远地电传打字机上输入自己的程序，计算机计算出来的结果也可以传送到远地的电传打字机上并打印出来，计算机网络的基本原型就这样诞生了。

由于当初的计算机是为批处理而设计的，因此当计算机和远程终端相连时，必须在计算机上增加一个线路控制器（Line Controller）接口。随着远程终端数量的增加，为了避免一台计算机使用多个线路控制器，20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器（Multiple Line Controller），其可以和多个远程终端相连接，这样就构成了面向终端的第一代计算机网络。

在第一代计算机网络中，一台计算机与多台用户终端相连接，用户通过终端命令以交互的方式使用计算机系统，从而将单一计算机系统的各种资源分散到了多个用户手中，极大地提高了资源的利用率，同时也极大地刺激了用户使用计算机的热情，在一段时间内，计算机用户的数量迅速增加。但这种网络系统也存在两个缺点：一是其主机系统的负荷较重，既要承担数据处理任务，又要承担通信任务，导致系统响应时间过长；二是对远程终端来讲，一条通信线路只能与一个终端相连，通信线路的利用率较低。

后来又出现了多机连机系统。这种系统的主要特点是在主机和通信线路之间设置前端处理机（First End Processor，FEP），如图1-1所示。前端处理机承担所有的通信任务，减轻了主机的负荷，极大地提高了主机处理数据的效率。另外，在远程终端较密集处增加了一个集中器（Concentrator）。集中器的一端用低速线路与多个终端相连，另一端则用一条较高速的线路与主机相连，如图1-2所示，这样就实现了多台终端共享一条通信线路，提高了通信线路的利用率。

多机连机系统的典型代表为1963年在美国投入使用的航空订票系统（SABRAI），其中心是设在纽约的一台中央计算机，2 000个售票终端遍布全国，使用通信线路与中央计算机相连。

2.计算机互连阶段

随着计算机应用的发展以及计算机的普及和价格的降低，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，希望将分布在不同地点且具有独立功能的计算机通过通信线路互连起来，彼此交换数据、传递信息，如图1-3所示。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，也可以使用连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是美国国防部高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）的ARPANET（通常称为ARPA网）。因为ARPANET是世界上第一个实现了以资源共享为目的的计算机网络，所以人们往往将ARPANET作为现代计算机网络诞生的标志，现在计算机网络的很多概念都来自于ARPANET。

ARPANET的研究成果对推动计算机网络发展的意义是十分深远的。在ARPANET的基础上，20世纪70～80年代计算机网络发展十分迅速，出现了大量的计算机网络，仅美国国防部就资助建立了多个计算机网络。同时还出现了一些研究试验性网络、公共服务网络、校园网，如美国加利福尼亚大学劳伦斯原子能研究所的OCTOPUS网、法国信息与自动化研究所的CYCLADES网、国际气象监测网WWWN、欧洲情报网EIN等。

在这一阶段中，公用数据网（Public Data Network，PDN）与局部网络（Local Network，LN）技术也得到了迅速的发展。总而言之，计算机网络发展的第二阶段所取得的成果对推动网络技术的成熟和应用极其重要，所研究的网络体系结构与网络协议的理论成果为以后网络理论的发展奠定了坚实的基础，很多网络系统经过适当修改与充实后至今仍在广泛使用。目前国际上应用广泛的Internet就是在ARPANET的基础上发展起来的。但是，20世纪70年代后期，人们已经看到了计算机网络发展中出现的问题，即网络体系结构与协议标准的不统一限制了计算机网络自身的发展和应用。网络体系结构与网络协议标准必须走国际标准化的道路。

3.网络互连阶段

计算机网络发展的第3个阶段——网络互连阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用的时期。1984年，经过多年卓有成效的工作，国际标准化组织（International Orgnization for Standardization，ISO）正式制定和颁布了“开放系统互连参考模型”（Open System Interconnection Reference Model，OSI RM）。ISO/OSI RM已被国际社会所公认，成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。OSI标准使各种不同的网络互连、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算机资源共享。我国也于1989年在《国家经济系统设计与应用标准化规范》中明确规定选定OSI标准作为我国网络建设的标准。1990年6月，ARPANET停止运行。随之发展起来的国际Internet的覆盖范围已遍及全球，全球各种各样的计算机和网络都可以通过网络互连设备连入Internet，实现全球范围内的数据通信和资源共享。

ISO/OSI RM及标准协议的制定和完善正在推动计算机网络朝着健康的方向发展。很多大的计算机厂商相继宣布支持OSI标准，并积极研究和开发符合OSI标准的产品。各种符合OSI RM与协议标准的远程计算机网络、局部计算机网络与城市地区计算机网络已开始广泛应用。随着研究的深入，OSI标准将日趋完善。

4.Internet与高速网络阶段

目前，计算机网络的发展正处于第4个阶段。这一阶段计算机网络发展的特点是互连、高速、智能与更为广泛的应用。Internet是覆盖全球的信息基础设施之一。对于用户来说，Internet是一个庞大的远程计算机网络，用户可以利用Internet实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。实际上Internet是一个用网络互连设备实现多个远程网和局域网互连的国际网。

在Internet发展的同时，随着网络规模的增大与网络服务功能的增多，高速网络与智能网络（Intelligent Network，IN）的发展也引起了人们越来越多的关注和兴趣。高速网络技术的发展表现在宽带综合业务数据网（Broadband Integrated Service Digital Network，B-ISDN）、帧中继、异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）、高速局域网、交换式局域网与虚拟网络上。