计算机通信网络的演变和发展

1.第一代计算机通信网络

第一代计算机通信网络实际上是以单个计算机为中心的远程联机系统，亦称为面向终端的计算机网络。20世纪60年代初期，美国航空公司的预订飞机票系统SABREI就是这种远程联机系统的一个代表。在远程联机系统中，随着所连接的远程终端个数的增多，主干中心计算机要承担的各终端间通信的任务也必然加重，使得以数据处理为主要任务的主干计算机增加了许多管理数据传输的额外开销，实际工作效率下降。由此出现了数据处理和通信的分工，即在主干计算机前面增设一个前端处理机（front end processor，FEP，有时也简称为前端机）来完成通信的工作，而让主干计算机专门进行数据处理。另一方面，若每台远程终端都用一条专用通信线路与主干计算机连接，则线路的利用率低，且随着终端个数的不断增大，通信费用将达到难以负担的程度。因此就在终端比较集中的地点设置一个终端控制器（terminal controller，TC)。这个TC通过低速线路将附近各终端连接起来，再通过高速通信线路与远程主干计算机的前端处理机相连。它可以利用一些终端的空闲时间来传送其他处于工作状态终端的数据，提高了远程线路的利用率，降低了通信费用。典型的结构如图7-1所示。图中的M代表调制解调器（modem)，是利用模拟通信线路远程传输数字信号所必须附加的设备。前端处理机和终端控制器也可以采用比较便宜的小型计算机或微型机来实现。

2.第二代计算机通信网络

第二代计算机通信网络是多个主计算机通过通信线路互连起来，为用户提供服务。这样的多个主计算机互连的网络才是目前常称的计算机网络。第二代计算机通信网络的典型代表是ARPA网（ARPANET）。20世纪60年代后期，美国国防部高级研究计划署（defense advanced research projects ageney,DARPA)提供经费给美国许多大学和公司，以促进多个主计算机互联网络的研究。目前，ARPA网仍在运行之中，地理范围跨越了半个地球。ARPA网中提出的一些概念和术语至今仍被引用。ARPA网中互连的、运行用户应用程序的计算机称为主机（host)。主机之间通信是通过称为接口报文处理机（interface message processor,IMP)的装置转接后互连的，如图7-2所示。当某台主机上的用户要访问远地另一台主机时，主机首先将信息送至本地直接与其相连的MP,a过通信线路沿着适当的路径经若干IMP中途转接后，最终传送至远地的目标IMP,并题人与其直接相连的目标主机。这种方式类似于邮政信件的传送方式，叫做存储转发(store and forward)。

图7-2中IMP和它们之间互连的通信线路一起负责完成主机之间的通信任务，构成了通信子网（communication subnet)。通过通信子网互连的主机负责运行用户应用程序，向网络用户提供可供共享的软硬件资源，它们组成了资源子网（resource subnet)。ARPA网采用的就是这种两级子网的结构。一个通信子网可以由政府部门（比如说邮电部）或某个电信经营公司所拥有，但向社会公众开放服务，如同电话交换网的情况那样这类通信子网叫做公用网（public network)。公用网中传输的是数字化的信息，为了与电话交换网这类模拟网区分，有时也被称为公用数据网（public data network,PDN）。目前世界上运行的远程通信子网几乎都采用了存储转发的方式。ARPA网中存储转发的信息基本单位叫做分组(packet)。以存储转发方式传输分组信息的通信子网又被称为分组交换网。两个计算机间通信时，对传送信息内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵循一个共同的约定，称为协议（protocol）。在ARPA网中将协议按功能分成了若干的层次。如何分层，以及分层中具体采用的协议的总和，称为网络的体系罐构（architecture)。体系结构是个抽象的概念，其具体实现是通过特定的硬件和软件来完成的。第二代计算机网络以通信子网为中心，用户共享的资源子网则在通信子网的外围。当前世界上已有大量的第二代计算机网络正在运行和提供服务，但是要把不同的第二代计算机网络互连起来十分困难。因此，计算机网络必然要向更新的一代发展。

3.第三代计算机通信网络

第三代计算机通信网络是国际标准化的网络，它具有统一的网络体系结构、遵循回际际准化的协议。标准化将使不同类型的计算机能方便地互连在一起，标准化还将带来大规模生产、产品的超大规模集成化和成本降低等一系列的好处。20世纪70年代后期，人们认识到第二代计算机网络的不足后，已开始提出发展新一代计算机网络的问题，国际标准化组织（International Standards Organization，ISO)下属的计算机与信息处理标准化技术委员会经过若干年卓有成效的工作，由ISO制定并在1984年正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”（open system interconnection basic reference mode)的国际标准ISO7498。这里“开放系统”是目对于第二代计算机网络中只能进行同种计算机互连的每个厂商各自封闭的系统而言的，它可以和任何其他系统（当然要遵循同样的国际标准）通信而相互开放。该模型分为7个层次，有时也被称为OSI七层模型。最为成功的第三代计算机通信网络要算是世界上最大的计算机网Internet，也称为国际互联网。它起源于ARPA网，是美国第一个提供分组交换技术的共用数据网，是由美国科学基金会NSF资助的。它把各个国家网、区域网连成一个覆盖全球的网络系统，提供丰富的共享资源和广泛的应用服务。Internet所使用的TCP/IP也已被普遍采纳，是目前计算机网络的事实上的标准。

计算机网络正朝着无线移动网络的方向发展。Internet和移动通信是目前IT技术中的两大热点技术，移动互联网正是在这两大热点技术结合下应运而生的。随着便携式计算机和各种移动终端的大量涌现和普及，人们的很多工作可以在不断的运动中完成，有线的接入方式已不能满足工作的流动性要求。无线技术则可以创造一个无须电缆的计算机网络，用户可以在无线设备范围内的任何地点自由地接入网络。无线局域网络是通过无线传输媒体连接的信息设备共同构成的网络，实现移动计算网络中移动站的物理层与链路层功能，为移动计算网络提供重要的物理接口。目前，无线局域网采用的传输媒体主要有无线电波与红外线两种。对于前者，无线局域网依调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。在扩展频谱方式中，又包括直接扩频（DSSS)方式和跳频扩频（FHSS）方式。对于无线局域网来说，通信质量较好的是直接扩频方式。基于Internet的移动计算平台实际上是Internet平台的延伸。移动Internet计算平台也是以TCP/IP作为基础的，只是在无线Internet中移动分为两种情况：在同一IP子网蜂窝小区间的切换称为散步；在不同IP子网间的移动称为漫游。随着移动通信技术的进一步发展，无线网络的带宽以及传输速度都不断提高，同时随着3G的推广应用和4G技术的不断成熟，移动通信网络还将会加速发展。