计算机互联网络
(2012-09-09 10:12:39)
随着广域网与局域网的发展以及微型计算机的广泛应用，使用大型机与中型机的主 机—终端系统的用户减少，网络结构发生了巨大的变化。大量的微型计算机通过局域网接入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的。用户计算机需要通过校园网、企业网或Internet服务提供商（Internet Services Provider，ISP）接入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的现代计算机网络，即互联网络，它是第三代计算机网络，是第二代计算机网络的延伸。图1-4给出了计算机互联网络的简化结构示意图。
图1-4 计算机互联网络结构示意图
1．广域网的发展
广域网的发展是从ARPANET的诞生开始的。ARPANET是第一个分组交换网，它的出现标志着以资源共享为目的的计算机网络的诞生。这一时期美国许多计算机公司开始大力发展计算机网络，纷纷推出自己的产品和结构。如1974 年 IBM 公司推出“系统网络体系结构SNA”，1975年DEC公司提出“分布式网络体系结构DNA”。当时，网络应用也正在向各行各业甚至于个人普及和发展，发展网络的需求十分迫切，这就促进了计算机网络的发展，使许多国家加强了基础设施的建设，开始建设公用数据网。早期的公用数据网是采用模拟的公用交换电话网，通过调制解调器（Modem），将计算机的数字信号调制为模拟信号，经交换电话网传送给另一端的Modem，经Modem的解调再将模拟信号恢复为数字信号被计算机接收，以完成通信，这种技术传输速率比较低。后来又发展为公用数据网，典型的公用数据网有：美国的Telenet、日本的DDX、加拿大的DATAPAC，以及我国于1993年和1996年分别开通的公用数据网ChinaPAC和提供数字专线服务的DDN，这些都为广域网的发展提供了通信基础。公用数据网在20世纪70—80年代得到很大的发展，并且随着计算机网络技术的发展和网络应用需求的增加，广域网又开发了诸如帧中继（Frame Relay）、综合业务数据网（ISDN）、交换多兆位数据服务（SMDS）等公用数据网。这些公用数据网的诞生与发展极大地促进了广域网的发展。当前，由于光纤介质的不断普及，直接在光纤介质上传输数据和波分多路复用的技术（WDM）业已开始投入使用，这使得广域网的发展进入了一个新的历史时期，大大提高了广域网的数据传输速率。
2．局域网的发展
早期的计算机网络大多为广域网，局域网的出现与发展是在20世纪70年代出现了微型计算机（Personal Computer，PC）以后。20世纪80年代，由于PC机性能不断地提高，价格不断地降低，计算机从“专家”群里走入“大众”之中，应用从科学计算走入事务处理，使得PC机大量地进入各行各业的办公室，甚至家庭。这时，个人计算机得到了蓬勃发展。由于个人计算机的大量涌现和广泛分布，基于信息交换和资源共享的需求越来越迫切，人们要求一栋楼或一个部门的计算机能够互联，于是局域网（Local Area Network， LAN）应运而生。
3．网络互联与标准化
计算机广域网和局域网大多是由研究部门、大学或计算机公司自行开发研制的，它们没有统一的体系结构和标准，各个厂家生产的计算机产品和网络产品无论在技术上还是在结构上都有很大的差异，从而造成不同厂家生产的计算机及网络产品很难实现互联，这给用户的使用带来极大的不便，同时也约束了计算机网络的发展。这种发展形势对网络的继续发展极为不利。不同的网络要求遵循统一的标准以实现互联，于是统一网络的标准提到了议事日程上来。
这个时期各个计算机网络公司都纷纷研究开发自己的计算机网络体系结构和协议，如IBM公司于1974年公布了“系统网络体系结构SNA”，DEC公司于1975年公布了“分布式网络体系结构 DNA”等。
1977年国际标准化组织（ISO）为适应网络标准化的发展趋势，在研究分析已有的网络结构经验的基础上，开始研究“开放系统互连”（OSI）问题。ISO于1984年公布了“开放系统互连基本参考模型”的正式文件，即OSI参考模型OSI/RM（Open System Interconnection /Reference Model）。OSI/RM 已被国际社会广泛地认可。它对推动计算机网络的理论与技术的发展，对统一网络体系结构和协议并实现不同网络之间的互联起到了积极的作用。从此，计算机网络进入了标准化网络阶段。图1-5是通过租用电信部门的数据通信网络互联起来的局域网示意图。
图1-5 计算机互联网络
4．Internet
全世界出现了不计其数的局域网、广域网，如何将它们连接起来，以便达到扩大网络规模和实现更大范围的资源共享，Internet 的出现正好解决了这个问题。Internet称为“因特网”，是全球规模最大，覆盖面积最广的互联网。Internet自产生以来就呈现出爆炸式的发展。
1.2.4 高速互联网络
进入20世纪90年代，随着计算机网络技术的迅猛发展，特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施（National Information Infrastructure，NII）后，全世界许多国家都纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络的发展进入一个崭新的阶段，这就是第四代计算机网络，即高速互联网络阶段。通常意义上的计算机互联网络是通过数据通信网络实现数据的通信和共享的，此时的计算机网络，基本上以电信网作为信息的载体，即计算机通过电信网络中的X.25网、DDN网、帧中继网等传输信息，如图1-5所示。
随着互联网的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加。这样，以传统电信网络为信息载体的计算机互联网络不能满足人们对网络速度的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展，即由传统的计算机互联网络向高速互联网络发展。
如今，以IP技术为核心的计算机网络（信息网络，也称高速互联网络）将成为网络（计算机网络和电信网络）的主体，信息传输、数据传输将成为网络的主要业务，一些传统的电信业务也将在信息网络上开通，但其业务量只占信息业务的很小一部分。
目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。与第三代计算机网络相比，第四代计算机网络的特点是：网络的高速化和业务的综合化。网络高速化可以有两个特征：网络宽频带和传输低时延。使用光纤等高速传输介质和高速网络技术，可实现网络的高速率；快速交换技术可保证传输的低时延。网络业务综合化是指一个网中综合了多种媒体（如语音、视频、图像和数据等）的信息。业务综合化的实现依赖于多媒体技术。
1.2.5 计算机网络的发展趋势*
计算机网络的发展方向是IP技术+光网络，光网络将会演进为全光网络。从网络的服务层面上看将是一个IP的世界，通信网络、计算机网络和有线电视网络将通过IP三网合一；从传送层面上看将是一个光的世界；从接入层面上看将是一个有线和无线的多元化 世界。
1．三网合一
目前广泛使用的网络有通信网络、计算机网络和有线电视网络。随着技术的不断发展，新的业务不断出现，新旧业务不断融合，作为其载体的各类网络也不断融合，使目前广泛使用的三类网络正逐渐向单一统一的IP网络发展，即所谓的“三网合一”。
在IP网络中可将数据、语音、图像、视频均归结到IP数据包中，通过分组交换和路由技术，采用全球性寻址，使各种网络无缝连接，IP协议将成为各种网络、各种业务的“共同语言”，实现所谓的Everything over IP。
实现“三网合一”并最终形成统一的IP网络后，传递数据、语音、视频只需要建造、维护一个网络，简化了管理，也会大大地节约开支，同时可提供集成服务，方便了用户。可以说“三网合一”是网络发展的一个最重要的趋势。
2．光通信技术
光通信技术已有30年的历史。随着光器件、各种光复用技术和光网络协议的发展，光传输系统的容量已从Mbps级发展到Tbps级，提高了近100万倍。
光通信技术的发展主要有两个大的方向：一是主干传输向高速率、大容量的OTN光传送网发展，最终实现全光网络；二是接入向低成本、综合接入、宽带化光纤接入网发展，最终实现光纤到家庭和光纤到桌面。全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现，不再需要经过光/电、电/光变换，即信息从源结点到目的结点的传输过程中始终在光域内。
3．IPv6协议
TCP/IP协议族是互联网基石之一，而IP协议是TCP/IP协议族的核心协议，是TCP/IP协议族中网络层的协议。目前IP协议的版本为IPv4。IPv4的地址位数为32位，即理论上约有42亿个地址。随着互联网应用的日益广泛和网络技术的不断发展，IPv4的问题逐渐显露出来，主要有地址资源枯竭、路由表急剧膨胀、对网络安全和多媒体应用的支持不够等。IPv6是下一版本的IP协议，也可以说是下一代IP协议。IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。理论上约有3.4×1038个 IP地址，而地球的表面积以厘米为单位也仅有5.1×1018cm2，即使按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，每个平方厘米面积上也可分配到若干亿个IP地址。IPv6除一劳永逸地解决了地址短缺问题外，同时也解决了IPv4中的其他缺陷，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。IPv6的优势非常明显，几年前就有很多IPv6实验网出现。目前有很多公司已经宣布支持IPv6，我国第一个IPv6试验网也于2004年12月开通，IPv6的时代即将到来。
4．宽带接入技术
计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带服务与应用才有可能开展。因为只有接入网的带宽瓶颈问题被解决，骨干网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前宽带接入技术有很多种，但只要是不和光纤或光结合的技术，就很难在下一代网络中应用。目前光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）的成本已下降至可以为用户接受的程度。这里涉及两个新技术，一个是基于以太网的无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）的光纤到户技术，一个是自由空间光系统（Free Space Optical，FSO）。由EPON支持的光纤到户，正在异军突起，它能支持吉比特的数据传输速率，并且不久的将来成本会降到与数字用户线路（Digital Subscriber Line，DSL）和光纤同轴电缆混合网（Hybrid Fiber Cable，HFC）相同的水平。
FSO技术是通过大气而不是光纤传送光信号，它是光纤通信与无线电通信的结合。FSO技术能提供接近光纤通信的速率，例如可达到1Gbps，它既在无线接入带宽上有了明显的突破，又不需要在稀有资源无线电频率上有很大的投资，因为不要许可证。FSO和光纤线路比较，系统不仅安装简便，时间少很多，而且成本也低很多。FSO现已在企业和居民区得到应用，但是和固定无线接入一样，易受环境因素干扰。
5．移动通信系统技术
3G系统比现用的2G和2.5G系统传输容量更大，灵活性更高。它以多媒体业务为基础，已形成很多的标准，并将引入新的商业模式。3G以上包括后3G、4G，乃至5G系统，它们将更是以宽带多媒体业务为基础，使用更高更宽的频带，传输容量会更上一层楼。它们可在不同的网络间无缝连接，提供满意的服务；同时网络可以自行组织，终端可以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信在内的端到端的IP系统，可与其他技术共享一个IP核心网。它们都是构成下一代移动互联网的基础设施。
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