1.2 计算机网络的产生与发展

任何一种技术都有其逐步发展的过程。计算机网络技术的发展过程是怎样的呢？从什么时候开始它如此巨大地影响着我们的生活？

1946年世界上第一台通用计算机（ENIAC）研制成功。随着计算机应用的迅速普及与发展，人类开始走向信息时代。计算机技术与信息技术在发展中相互渗透，相互结合。计算机网络随着计算机和通信技术的发展而不断发展，其发展速度异常迅猛。从20世纪60年代开始发展至今，已形成从小型的办公室局域网到全球性的大型广域网的规模，对现代人类的生产、生活、经济等各个方面都产生了巨大的影响。在过去的30多年里，计算机和计算机网络技术取得了惊人的发展，处理和传输信息的计算机网络形成了信息社会的基础。不论是企业、机关、团体或个人，其工作效率都由于使用这些革命性的工具而有了大幅提高。计算机应用范围的扩大、通信技术的发展和人们对计算机应用需求的增长，共同促进了计算机网络的快速发展，其发展过程大致可划分为以下几个阶段。

1.2.1 面向终端的计算机网络

在20世纪60年代以前，计算机价格昂贵，数量很少。每次上机，用户都必须要进入计算机房，在计算机的控制台上进行操作。这种方式不能充分地利用计算机资源，用户使用起来也极不方便。为了实现对计算机的远程操作，提高对计算机这个昂贵资源的利用率，人们将分布在远距离的多个终端通过通信线路与某地的中心计算机相连，以达到使用中心计算机系统主机资源的目的。这种具有通信功能的面向终端的计算机系统如图1-1所示，它被称为单计算机联机系统。

面向终端的计算机通信网络，已涉及多种通信技术、数据传输设备和数据交换设备等。从计算机技术上来看，这是由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即多个终端用户分时占用主机上的资源。在面向终端的计算机通信网络中，远程主机既要承担数据处理，又要承担通信工作，因此主机的负荷较重，且效率低。另外，每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线路利用率低。随着终端用户的增多，系统费用也在增加。因此，为了提高通信线路的利用率并减轻主机的负担，便使用了多点通信线路、集中器及通信控制处理机。

多点通信线路要在一条通信线路上连接多个终端，如图1-2所示。多个终端可以共享同一条通信线路与主机进行通信。由于主机与终端间的通信具有突发性和高带宽的特点，所以各个终端与主机间的通信可以分时地使用同一高速通信线路。相对于每个终端与主机之间都设立专用通信线路的方式，这种多点线路能极大地提高信道的利用率。

集中器主要负责从终端到主机的数据集中及从主机到终端的数据分发，它可以放置于终端相对集中的位置，一端用多条低速线路与各终端相连，收集终端的数据，另一端用一条较高速的线路与主机相连，实现高速通信，以提高通信效率。

通信控制处理机（Communication Control Processor,CCP）也称前端处理机（Front End Processor,FEP），其作用是负责数据的收发等通信控制和通信处理工作，让主机专门进行数据处理，以提高数据处理的效率，如图1-3所示。

具有代表性的面向终端的计算机网络是美国在20世纪50年代建立的半自动地面防空系统（SAGE）。该系统共连接了1000多个远程终端，主要用于远程控制导弹制导。该系统能够将远程雷达设备收集到的数据，由终端输入后经通信线路送到一台中央主计算机，由主机进行计算处理，然后将处理结果再通过通信线路回送给远程终端，并控制导弹的制导。

另一个典型实例是SABRE-1。SABRE-1是20世纪60年代美国建立的航空公司飞机订票系统，该系统由一台主机和连接到美国各地区的2000多台终端组成，人们可以通过这个系统在远程终端上预订飞机票。

1.2.2 计算机—计算机网络

计算机—计算机网络是在20世纪60年代中期发展起来的一种由多台计算机相互连接在一起的系统。随着计算机硬件价格的不断下降和计算机应用的飞速发展，在一个大的部门或者一个大的公司里已经能够拥有多台主机系统，这些主机系统可能分布在不同的地区，它们之间经常需要交换一些信息，如子公司的主机系统需将其信息汇总后送给总公司的主机系统，供有关人员查阅和审批。这种利用通信线路将多台计算机连接起来的系统，引入了计算机—计算机之间的通信，它是计算机网络的低级形式，这种网络中的计算机彼此独立又相互连接，它们之间没有主从关系，其网络结构有如下两种形式。

第一种形式是通过通信线路将主机直接连接起来，主机既承担数据处理又承担通信工作，如图1-4所示。

第二种形式是把通信任务从主机分离出来，设置通信控制处理机（CCP），主机间的通信通过CCP中的中继功能间接进行，如图1-5所示。

通信控制处理机负责网上各主机间的通信控制和通信处理，由它们组成了带有通信功能的内层网络，也称为通信子网，是网络的重要组成部分。主机负责数据处理，是计算机网络资源的拥有者，网络中的所有主机构成了网络的资源子网。通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础上的，没有通信子网，网络就不能工作，没有资源子网，通信子网的传输也失去了意义，两者统一起来组成了资源共享的网络。

美国国防部高级研究计划局研制的ARPANET是世界上早期最具有代表性的、以资源共享为目的的计算机通信网络，是第二阶段计算机网络的一个典型范例。最初，该网仅由4台计算机连接组成，发展到1975年，已有100多台不同型号的大型计算机。20世纪80年代，ARPANET采用了开放式网络互连协议TCP/IP以后，发展得更为迅速。到了1983年，ARPANET已拥有200台接口信息处理机（IMP）和数百台主机，网络覆盖范围也延伸到夏威夷和欧洲。事实上，ARPANET就是Internet的雏形，也是Internet初期的主干网。

1.2.3 开放式标准化的计算机网络

第二代计算机网络，大多是由研究部门、大学或计算机公司自行开发研制的，没有统一的体系结构和标准。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）”,UNIVAC公司公布了“数据通信体系结构（DCA）”,Burroughs（宝来）公司公布了“宝来网络体系结构（BNA）”等。各个厂家生产的计算机产品和网络产品无论从技术上还是从结构上都有很大的差异，从而造成不同厂家生产的计算机产品、网络产品很难实现互连。这种局面严重阻碍了计算机网络的发展，给广大用户带来了极大的不便。因此，建立开放式网络，实现网络标准化，已成为历史的必然。

1977年，国际标准化组织（International Standards Organization,ISO）为适应网络标准化发展的需要，成立了TC97（计算机与信息处理标准化委员会）下属的SC16（开放系统互联分技术委员会）。在研究、吸收各计算机制造厂家的网络体系结构标准化经验的基础上，开始着手制定开放系统互连的一系列标准，旨在方便异种计算机互连。该委员会制定了“开放系统互连参考模型”（OSI/RM），简称为OSI。作为国际标准，OSI规定了可以互连的计算机系统之间的通信协议，遵从OSI协议的网络通信产品都是所谓的开放系统，符合OSI标准的网络也被称为第三代计算机网络。目前，几乎所有的网络产品厂商都在生产符合国际标准的产品。这种统一的、标准化的产品互相争夺市场，给网络技术的发展带来了更大的繁荣。

20世纪80年代，个人计算机（PC）有了极大的发展。这种更适合办公室环境和家庭使用的计算机，对社会生活的各个方面都产生了深刻的影响。在一个单位内部的微型计算机和智能设备的互联网络不同于以往的远程公用数据网，因而局域网技术也得到了相应的发展。1980年2月IEEE802局域网标准出台。局域网的发展道路不同于广域网，局域网厂商从一开始就按照标准化、互相兼容的方式展开竞争，他们大多进入了专业化的成熟时期。今天，在一个用户的局域网中，工作站可能是IBM的，服务器可能是HP的，网卡可能是Intel的，集线器可能是Cisco的，而网络上运行的软件则可能是Novell公司的NetWare或是Microsoft的Windows NT/2000。

1.2.4 互联网

随着计算机网络的发展，在全球建立了不计其数的局域网和广域网，为了扩大网络规模以实现更大范围的资源共享，人们又提出了将这些网络互连在一起的迫切需要，国际互联网Internet应运而生。到目前止，Internet的发展已经历了3个阶段，正逐渐走向成熟。

从1969年Internet的前身ARPANET的诞生到1983年，这是研究试验阶段，主要是进行网络技术的研究和试验。

从1983年到1994年是Internet的实用阶段，它作为用于教学、科研和通信的学术网络，在美国和一部分发达国家的大学和研究部门中得到广泛应用。

从1994年以后，Internet开始进入商业化阶段，除了原有的学术网络应用外，政府部门、商业企业及个人都广泛使用Internet，全世界绝大部分国家都纷纷接入Internet，这种迅速发展的进程反映了Internet正日益成熟。

经过短短十几年的发展，截至2007年1月，全球互联网已经覆盖五大洲的233个国家和地区，网民达到10.93亿，用户普及率为16.6%，宽带接入已成为主要的上网方式。

根据2016年8月3日中国互联网络信息中心（CNNIC）在北京发布的第38次《中国互联网络发展状况统计报告》，截至2016年6月，中国网民规模已达到7.10亿，互联网普及率达到51.7%，手机网民规模达6.56亿，网民中使用手机上网的比例达到92.5%，手机在上网设备中占据主导地位。手机首次超过台式计算机成为第一大上网终端，是在2012年6月。互联网已经成为当今世界推动经济发展和社会进步的重要信息基础设施。