1.1 计算机网络的发展历史

1.1.1 计算机网络的产生

计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过网络设备和通信线路相互连接在一起，由协议规定其工作方式和工作过程的系统。组建计算机网络的根本目的是为了实现数据传输和资源共享。

早在20世纪50年代初，美国建立的半自动地面防空系统就是将地面的雷达和其他测量控制设备的信息通过通信线路汇集到一台中心计算机进行处理，开创了把计算机技术和通信技术结合的尝试。这类简单的“终端—通信线路—计算机”系统，成为计算机网络的雏形。20世纪60年代中后期，美国国防部高级研究计划局（Advanced Research Project Agency， ARPA）建成了著名的远程分组交换式网络—ARPA网。该项目由计算机公司和大学共同研制开发，主要目标是借助于通信系统，使网内各计算机系统间能够共享资源，最终，一个实验性的4个节点（UCLA、UCSB、SRI和Utah共4所大学）网络开始运行并投入使用。ARPA网采用了当时先进的分组交换技术，由主机和子网组成，由协议和软件支持其工作，在概念、结构和网络设计方面都为后续的计算机网络打下了基础，以ARPA网使用的协议为模型产生了今天使用最广泛的TCP/IP。1969年初步建成的ARPA网，开创了“计算机—计算机”通信的时代，并呈现出多处理中心的特点，标志着计算机网络的产生。

1.1.2 计算机网络的发展

1.以单主机为中心的网络

在计算机网络发展的初期，由于处理器相当昂贵，常将若干终端通过线路连接到主机，终端负责接收和发送数据，主机负责处理数据，这种结构是计算机网络的雏形，被称为第一代计算机网络，如图1-1所示。

2.以分组交换为中心的多主机网络

随着主机数量的增多，需要将远距离的若干主机连接起来协同完成任务，由此产生了分组交换网，如图1-2所示。

分组交换网由资源子网和通信子网组成。资源子网指所有的边缘主机，通信子网主要指分组交换设备和通信线路。有了分组交换网以后，主机之间不需要直接相连，而只需要接入通信子网。分组交换网被称为第二代计算机网络，如ARPA网就是典型的分组交换网。

3.标准化的开放性网络

为了使不同设计标准的网络能够互联互通，国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）于1983年提出了一个使各种计算机能够互连的标准框架—开放式系统互连参考模型（Open System Interconnection/Reference Model，OSI/RM），简称OSI。OSI模型是一个开放体系结构，它将网络分为7层，并规定每层的功能，从而使网络的发展走向标准化道路，其最大体现就是Internet的产生。Internet是一个标准化的开放性广域网，符合其标准的网络都可以接入，从而极大地促进了网络的发展。

1.1.3 计算机网络的现状

我国最早着手建设计算机广域网的是铁路部门，铁道部在1980年即开始进行联网实验。1989年2月我国第一个公用分组交换网CHINAPAC通过试运行并开通业务。它由3个分组交换机、8个集中器和1个网络管理中心组成。这3个分组结点交换机分别设在北京、上海和广州，而8个集中器分别设在沈阳、天津、南京、西安、成都、武汉、深圳和北京的原邮电部数据所，网络管理中心设在北京电报局。此外，还开通了北京至巴黎和北京至纽约的两条国际电路。1994年3月，中国获准加入互联网。

2017年8月，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布《第40次中国互联网络发展状况统计报告》（以下简称《报告》）。

《报告》显示，截至2017年6月，互联网普及率为54.3%，超过全球平均水平4.6个百分点。我国IPv4地址数量达到3.38亿个、IPv6地址数量达到21283块/32地址，二者总量均居世界第二；中国网站数量为506万个，半年增长4.8%；国际出口带宽达到7,974,779Mbit/s，较2016年底增长20.1%。

《报告》显示，截至2017年6月，我国网民规模达到7.51亿，其中手机网民规模达7.24亿，网民中使用手机上网的比例由2016年底的95.1%提升至96.3%，手机上网比例持续提升。2017年上半年，各类手机应用的用户规模不断上升，场景更加丰富。其中，手机外卖应用增长最为迅速，用户规模达到2.74亿，较2016年底增长41.4%；移动支付用户规模达5.02亿，线下场景使用特点突出，4.63亿网民在线下消费时使用手机进行支付。

《报告》显示，2017年上半年，在线教育、网约出租车、网约专车或快车的用户规模分别达到1.44亿、2.78亿和2.17亿。共享单车用户规模达到1.06亿，丰富了市民出行方式。商务交易类应用持续高速增长，网络购物、网上外卖和在线旅行预订用户规模分别增长10.2%、41.6%和11.5%。网络购物市场消费升级特征进一步显现，用户偏好逐步向品质、智能、新品类消费转移。同时，线上线下融合向数据、技术、场景等领域深入扩展，各平台积累的庞大用户数据资源进一步得到重视。

1.1.4 计算机网络的未来

未来的计算机网络将更关注于带宽、应用、安全、QoS（服务质量）、终端多样性、智能化等，并且与软件技术和人工智能技术会进行更加深度的融合。下面的一些例子读者可能都有体会：

1）带宽。有线通信网中光纤到户的线缆敷设方式得到广泛应用，十万兆级数据中心交换技术的发展使得云计算和虚拟化成为可能，通过4G无线通信技术可以观看在线高清视频，而5G无线通信技术也将在2020年左右普及应用。

2）应用。越来越多的设备可以通过网络进行管理和控制，例如小米公司的电饭煲、摄像头甚至电器插座都可以通过手机进行远程控制。而越来越多的应用会通过无线技术实现，例如共享单车、无线充电、网上购物等。

3）终端。物联网技术使得装有传感器的设备都可以与互联网连接，Wi-Fi技术使得越来越多的智能家居设备出现，全球定位系统的发展使得交通出行更加便利。

4）智能化。人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术与网络技术不断融合，扫地机器人已经走进千家万户，无人驾驶技术已进入实车测试阶段，

5）SDN。软件定义网络（Software Defined Network, SDN）是一种新型网络架构，是网络虚拟化的一种实现方式，通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。