1.1.1 计算机网络的产生与发展

计算机网络自诞生至今，其发展历程被划分为远程终端联机、计算机-计算机网络、网络互联和信息高速公路4个阶段，下面依次对各个阶段计算机网络的发展情况进行介绍。

1．第一阶段：远程终端联机

计算机网络的产生可追溯到1946年，彼时已是电子计算机时代，计算机大多采用批处理方式，用户使用计算机时需先将程序制成穿孔纸带或卡片，再送到中心计算机进行处理。1954年，收发器（Converter）诞生，使用此设备，人们可通过电话线路将穿孔纸带或卡片上的信息发送到计算机，远距离信息传送器械——电传打字机（Teletype）也作为远程终端与计算机相连，用户可利用电传打字机发送自己的程序，并接收中心计算机计算出来的结果。

计算机在与终端设备相连时，必须使用线路控制器接口，由于终端设备不唯一，为了避免计算机使用多个线路控制器，多重线路控制器应运而生。此时计算机可与多台终端设备相连，初阶计算机网络诞生，如图1-1所示。

初阶计算机网络存在两个弊端：其一，因为初阶计算机网络中的中心计算机既要负责通信任务，又要进行数据处理，负荷较重，所以系统响应时间较长；其二，一条通信线路只能与一台终端相连，通信线路的利用率较低。

为了解决上述两个问题，人们在计算机网络中添加了用于承担通信任务的前端处理机，使中心计算机完全用于数据处理，以提高工作效率，并在远程终端较密集的位置添加了集中器（Concentrator），使多台终端共用一条通信线路，以提高通信线路的利用率。此时计算机网络的模型如图1-2所示。

远程终端联机网络的代表实例之一是SABRE-1, SABRE-1是美国于1963年投入使用的航空订票系统，该系统由一台位于纽约的主机和分布在美国各地区的2000多台终端组成，人们可以通过系统的终端远程预订机票。

远程终端联机阶段以单台主机为中心，将多台终端设备与其相连，形成计算机网络。此阶段标志着计算机技术与通信技术的初步结合，是计算机网络的雏形。但该阶段并非真正意义上的计算机网络，此阶段中心主机尚不能与各用户同时通信，各用户操作的终端也不具备独立的数据处理能力，不能实现资源共享。

2．第二阶段：计算机-计算机网络

远程终端联机阶段的计算机体积巨大，造价昂贵，因此普及率相当低。20世纪60年代中期，经过一定的研究，计算机技术不断提升，计算机硬件价格逐步下降，计算机应用飞速发展，具有一定规模的公司已有能力负担多台计算机主机，而由于处于不同地域的多台计算机之间有通信需求，科学家逐渐研发出了计算机到计算机的通信技术。计算机-计算机网络逐渐形成。

计算机-计算机网络的结构有两种：其一是多台主机互联，每台主机又与各自的终端相连，此种结构中主机同时负责通信与数据处理；其二首先是每台主机与一台负责通信功能的通信控制处理机（Communication Control Processor, CCP）相连，并与各自的终端相连，其次多台CCP相连，形成带有通信功能的内网的网络。这两种计算机-计算机网络分别如图1-3（a）和图1-3（b）所示。

图1-3（b）所示的计算机-计算机网络中，由CCP互联组成的内网也称通信子网，由中心机与终端组成的外网称为资源子网。通信子网提供通信服务，资源子网提供资源，两者相辅相成，缺一不可。

计算机-计算机网络的代表实例是ARPANET。ARPANET由美国国防部高级研究计划署（Advanced Research Projects Agency, ARPA）研制，该网络最初仅由位于洛杉矶四所大学中的4台大型计算机组成，目的是方便大学之间共享资源。到了1975年，ARPANET已连入了100多台主机，网络互联成为需要研究的核心问题，在研究此问题的过程中，网络协议簇TCP/IP应运而生，且有越来越多的人投入到了此协议簇的研究工作中。1983年，TCP/IP研制成功，ARPANET主机使用的通信协议全部转换为TCP/IP, ARPANET逐渐成熟。之后美国国防部国防通信局将APRANET分为独立的两部分，一部分仍叫APRANET，主要用于科研和教育；另一部分称为MILNET，用于军方的非机密通信。

在计算机-计算机网络阶段，位于网络中的终端可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源，公用数据网（Public Data Network, PDN）与局部网络（Local Network, LN）技术也得到了飞速发展。该阶段所取得的成果对后续网络发展影响深远，同时期研发的网络协议也为以后网络理论的发展奠定了坚实的基础。

3．第三阶段：网络互联

20世纪70年代后期，人们已经意识到了网络体系结构与网络协议的多样化对计算机网络自身发展和应用的限制，并将研究重心逐渐放到了网络体系结构与网络协议国际化标准的建立与应用工作上。

1977年，国际标准化组织（International Standards Organization, ISO）以各计算机制造厂家的网络体系结构为基础，开始制定一系列标准。1984年，ISO发布了开放系统互联参考模型（Open System Interconnection Reference Model, OSI/RM，简称OSI）。OSI的目的在于方便不同厂家的计算机互联，它制定了可以互联的计算机系统间使用的通信协议。符合OSI标准的网络也被称为第三代计算机网络。

20世纪80年代，个人计算机（Person Computer, PC）得到了极大发展，计算机逐渐被应用于办公室与家庭环境。办公室与家庭环境无须使用远程公共数据网，局域网技术也开始被普遍应用。1980年2月，局域网标准IEEE 802发布。局域网产生初期标准已制定，各成熟计算机网络厂商均按照标准制造设备，极大地促进了局域网的发展。

在网络互联阶段，网络中的节点不再是具体的设备，而是一个网络，此时的计算机网络更像是一个由网络组成的网络，如图1-4所示。

由多个网络互相连接形成的更大的网络称为互联网（Internet）。

4．第四阶段：信息高速公路

20世纪90年代，计算机网络进入第四阶段，该阶段的特点是：高速、多业务、大数据量。1985年，美国国家科学基金会（National Science Foundation, NSF）开始建立计算机网络NSFNET。NSF规划建立了15个超级计算机中心及国家教育科研网，这15个网络组成了用于支持科研和教育事业的全国性网络——NSFNET。之后NSFNET以这15个网络为基础，实现了其他网络的连接，并代替ARPANET成为用于科研和教育的主要网络。1989年，MILNET与NSFNET连接，开始采用Internet这个名称，之后其他部门的计算机网络相继并入Internet, ARPANET宣告解散。

Internet是一个由路由器实现多个广域网和局域网互联的大型国际网，它是世界性的信息网络，且在全球的经济、文化、科研、教育等领域及人类生活中发挥着越来越重要的作用，通过Internet可以实现全球范围内的电子邮件收发、信息查询和浏览、文件传输、语音和图像通信服务等功能。关于Internet的详细介绍将在后续内容中讲解。