談現代計算機通信網絡技術的發展

劉定

（焦作大學信息工程學院，河南 焦作 454000）

計算機技術與通信技術的緊密結合，對人類社會進步做出了極大的貢獻。利用計算機網絡進行數據信息的傳遞是一種全新的電子傳遞方式，比現有的其他通信工具有更多的優點，比如它不像電話需要通話者同時在場，也不像廣播系統只能是單方向傳遞信息。在速度上也比其他方式快得多，通過網絡還可以傳遞聲音、圖像和視頻等多媒體信息。通過網絡環境，還可以建立一種新型的協作方式，實現網絡計算機協同工作，它消除了地理上的距離限制。在計算機網絡的支持下，銀行系統實現異地通存通兌，而且加快資金的流轉速度；醫療專家系統的各科醫生可以聯合為一個病人治療診斷；由科學家們組成的各個領域的研究圈通過網絡來進行學術交流和研究，及時發表最新的思想和研究成果。日常生活中，IP 電話、網上尋呼、電子郵件已成為人們重要的通信手段。網上書店、網上購物、網上訂票、網上電視直播、網上醫院、網上證券交易、電子商務等正逐漸走進普通百姓的生活、學習和工作當中。在未來，誰擁有“信息資源”，誰能有效使用“信息資源”，誰就能在各種競爭中占據主導地位。

一、計算機網絡的產生

最初出現的計算機網絡是廣域網。廣域網的設計目標是將分布在很大地理范圍內的若干臺計算機互聯起來。早期的計算機主要是指大型機、中型機或小型機。用戶通過連接在主機上的終端訪問本地主機與廣域網的遠程主機。聯網主機主要有兩個功能：一是為本地的終端用戶提供服務，二是通過通信線路與路 由器連接，完成網絡通信功能。由通信線路與路由器組成的網絡通信系統完成廣域網中不同主機之間的數據傳輸任務。從邏輯功能上來看，計算機網絡可以分成兩個部分：資源子網與通信子網。

世界上第一臺電子計算機的誕生是一個創舉，任何人都沒有預測到計算機會在今天產生如此廣泛和深遠的影響。當1969 年12 月世界上第一個數據包交換計算機網絡ARPANET 出現時，也沒有人預測到計算機網絡會在現代信息社會中發揮如此重要的作用。

第一，通信網絡是計算機網絡發展的基礎；第二，計算機技術的發展滲透到通信技術中，提高了通信網絡的各種性能。當然，這兩個方面的結合都離不開半導體技術，特別是超大規模集成電路VLSI 技術取得的輝煌成就，這是促進計算機網絡發展的重要技術。如同計算機的迅猛發展一樣，計算機網絡的發展也經歷了由低級到髙級的演變過程。

（一）面向終端的計算機通信網

在計算機剛問世后的幾年里，計算機數量非常少，且非常昂貴。后來，用戶可在遠程電傳打字機上輸入自己的程序，而計算機的處理結果又可以傳送到遠程電傳打字機上并打印出來。計算機網絡的基本原型就這樣誕生了。

由于當初計算機是為成批處理而設計的，所以必須在計算機上增加一個接口。于是，就出現了所謂的“線路控制器”，它是最原始的計算機網絡（有人稱其為第一代計算機網絡）。這里，計算機是網絡的中心和控制者，終端圍繞中心計算機分布在各處，而計算機的主要任務也還是進行成批處理，故稱其為聯機系統，以區別于早先使用的脫機系統。

當人們認識到計算機還可用作數據處理時，計算機的用戶數量就迅速增長。由于可采用較便宜的小型計算機充當大型計算機的前端處理機，因此這種面向終端的計算機通信網獲得了很大的發展。一直到現在，大型計算機組成的網絡仍使用前端處理機。

（二）基于交換的計算機通信網

利用類似電話系統中的線路交換思想將多臺計算機相互連接起來,這種基于交換技術的通信網絡系統為網絡的發展起到了極其重要的作用。多年來，從縱橫制直到現代的程控制，其本質始終未變。從資源分配角度來看，電路交換是預先分配線路帶寬的。通話完畢掛機后即自動釋放這條物理通路。

電路交換技術本來是為電話通信而設計的，對于計算機網絡來說，建立通路的呼叫過程太長，必須尋找新的適合于計算機通信的交換技術。1966 年6 月戴維斯首次提出“分組”這一概念。1969 年12 月，美國的分組交換網ARPANET 投入運行，當時僅有4 個結點。ARPANET 的成功。

ARPANET 網的成功運行使計算機網絡的概念發生了根本變化，它比第一代網絡在功能上擴大了很多，成為20 世紀七八十年代計算機網絡的主要形式。必須指出，分組交換網之所以能得到迅速發展，很重要的一個原因就是，分組交換技術給用戶帶來了經濟上的好處，其費用比使用電路交換更為低廉。

（三）計算機網絡體系結構的形成

為了降低網絡設計的復雜性，早在當初設計ARPANET 時專家就提出了層次模型思想。這種情況顯然有利于一個公司壟斷自己的產品。用戶一旦購買了某個公司的網絡，當需要擴展時，就只能再購買原公司的產品。著名的開放系統互連參考模型（OSI/RM），簡稱為OSI，它將網絡劃分為七層，并規定了每層的功能。它的“開放”思想是：只要遵循OSI 標準，一個網絡系統就可以和位于世界上任何地方（這一點很像世界范圍的電話和郵政系統，這兩個系統都是開放系統）。OSI 參考模型的推出使網絡發展道路走向標準化，現在Internet 已成為全球最大的商用計算機互聯網。它遵循OSI/RM 參考模型，由于Internet 仍然使用分層結構思想（但與OSI 參考模型有很大不同），因此Internet 仍屬于第三代計算機網絡。

（四）局域網的形成

局域網就是在一個有限區域范圍內將眾多微型計算機連接在一起實現信息交換和信息共享。局域網連網簡單。由于局域網價格便宜，傳輸速率高，使用方便，因此局域網得到了快速發展，特別是微型計算機的大量推廣和普及，對局域網的應用起到了極大的推動作用。

（五）Internet 時代的到來

進入20 世紀80 年代末期以來，在計算機網絡領域最引人注目的就是Internet 的飛速發展。Internet 的原意就是互聯網。Internet 對世界的沖擊之大，影響之深是人們所未能預料的，這就使得20 世紀90 年代開始進入Internet 時代。特別是21 世紀，得到了迅猛發展，成指數級增長趨勢，促進了寬帶城域網概念和技術的演變。

三、現代網絡計算發展的三大趨勢

（一）現代網絡技術發展趨勢

當前，從技術角度來認識現代網絡技術向三個趨勢方向發展。第一個發展趨勢是網絡體系結構從傳統互聯網向下一代互聯網方向發展；第二個發展趨勢是無線網絡技術從無線分組網向無線自組網和無線傳感器網絡方向發展；伴隨著前兩條主線發展的第三個發展趨勢是網絡安全技術。

2.從傳統互聯網到下一代互聯網

這一發展趨勢中呈現出以下重要特點。

（1）ARPANET 的研究奠定了互聯網（Internet）發展的基礎，而聯系二者的是丁。TCP/IP 協議。

（2）TCP/IP 協議體系在互聯網的成功實現和廣泛應用過程中，強烈的社會需求促進了廣域網、城域網與局域網技術的研究與應用的發展，而廣域網、城域網與局域網技術的成熟與標準化，又加速了互聯網的發展進程。

（3）新型IP 網絡體系結構的研究與設計，對下一代互聯網的快速發展起到了重要的推動作用。從發展趨勢來看，今后除計算機和個人手持設備（PAD）之外，手機、固定電話、相機、攝像機以及各種家用電器都會連接到互聯網中。

（4）與傳統的客戶/服務器（client/server，C/S）工作模式不同，對等（peer to peer，P2P）。工作模式受到學術界與產業界的高度重視，被評價為“改變互聯網的新一代網絡技術”。新的基于P 的網絡應用不斷出現，成為21 世紀網絡應用重要的研究方向之一。

隨著下一代互聯網技術日趨成熟，計算機網絡、電信網絡與有線電視網絡從結構、技術到服務領域正在快速地融合，成為21 世紀信息產業發展最具活力的領域。

3.從無線分組網到無線自組網與無線傳感器網這一發展趨勢中呈現出以下重要特點。

（1）從是否需要基礎設施的角度來看，無線網絡可以分為需要基礎設施與不需要基礎設施兩類。802.11 無線局域網與802.16 無線城域網屬于需要基礎設施的無線網絡，而無線自組網、無線傳感器網絡屬于不需要基礎設施的無線網絡。

（2）在無線分組網的基礎上發展起來的無線自組網（Ad Hoc）是一種特殊的自組織、對等式、多跳、無線移動網絡，它在軍事和特殊應用領域有著重要的應用前景。

（3）當無線自組網技術日趨成熟的時候，無線通信、微電子、傳感器技術得到快速發展。在軍事領域中，研究人員提出將無線自組網與傳感器技術相結合的無線傳感器網絡技術（物聯網技術）。無線傳感器網絡（wireless sensor network，WSN）用于對敵方兵力和裝備的監控、戰場的實時監視與目標的定位、戰場評估、對核攻擊和生化攻擊的監測，并且在安全、應急、醫療與環境保護等特殊領域有著重孥的應用前景。這項研究一出現，立即引起政府、軍隊和研究部門的髙度關注，被評價為“21 世紀最有影響的21 項技術之一”和“改變世界的十大技術之首”。

（4）無線網狀網（WMN）是無線自組網在接人領域的一種應用。WMN 又稱為無線網格網。作為對無線局域網、無線城域網技術的補充，它將成為解決無線接入“最后一公里”問題的重要技術手段之一。

（5）無線網絡是增強人類共享信息資源的靈活性，那么無線傳感器網絡將會改變人類與自然界的交互方式。

4.網絡安全技術

具體來說，就是嚴格按照統一標準，對數據進行加工和管理，采用統一的技術規范與標準要求，對網上信息資源進行整合，使其處于有利于網上傳遞與檢索的良性狀態，提高網絡信息資源的檢索效率。

網絡在帶來便利的同時，計算機病毒、黑客攻擊、網上竊密及有害信息傳播等安全問題也日益凸顯。但有些圖書館對信息安全缺乏應有的認識和警惕性，有必要強化網絡信息的安全措施。

這一發展趨勢中呈現出以下重要特點。

（1）網絡安全是現實社會的安全問題在網絡虛擬社會中的反映。現實世界中真善美的東西，網絡虛擬社會中都會有。同樣，現實世界中丑陋的東西，在網絡虛擬社會中也會出現，只是在什么時間點，以什么形式表現的問題，可能表現形式不一樣。網絡安全技術是伴隨著網絡技術的發展而發展的，永遠不會停止。

（2）網絡安全技術的發展驗證著“魔髙一尺，道髙一丈“的古老哲理。在“攻擊-防御-新攻擊-新防御”的循環中，網絡攻擊技術與網絡反攻擊技術相互影響、相互制約，共同發展，這個過程將一直延續下去。目前，網絡攻擊已從當初的顯示才能、玩世不恭，逐步發展到經濟利益驅動的有組織犯罪，甚至是恐怖活動。

（3）正如現實世界危害人類健康的各種“病毒”（它只會隨著時間演變，不可能滅絕）一樣。計算機病毒也會伴隨著計算機與網絡技術的發展而演變，不可能停止和消失。只要人類存在，就一定存在危害人類健康的病毒。只要計算機和網絡存在，計算機病毒就一定會存在。網絡是傳播計算機病毒的重要渠道，計算機病毒是計算機與網絡永遠的痛。

（4）網絡安全是一個系統的社會工程。網絡安全研究涉及技術、管理、道德與法制環境等多個方面。網絡的安全性是一個鏈條，它的可靠程度取決于鏈條中最薄弱的環節。實現網絡安全是一個過程，而不是任何一個產品可以替代的。人們在加強網絡安全技術研究的同時，必須加快網絡法制建設，加強網絡法制觀念與道德的教育。

從當前的發展趨勢看，網絡安全問題已超出技術和傳統意義上計算機犯罪的范疇，已發展成為國家之間的一種政治與軍事的手段。各國只能立足于自身，研究網絡安全技術，培養專門人才，發展網絡安全產業，構筑網絡與信息安全保障體系。

結語

計算機網絡自20 世紀60 年代末誕生以來，以異常迅猛的速度在發展，并得到廣泛的應用和普及，任何人都沒有預料到計算機通信網絡在現代信息社會中扮演如此重要的角色。