1.1.3 计算机网络的发展

计算机网络是随着计算机技术和通信技术的发展而发展的，大致分为如下四代：

（1）第一代：面向终端的计算机通信网

面向终端的计算机通信网用一台计算机专门进行数据处理，利用通信处理机通过调制解调器与远程终端相连，如图1.1所示。通信处理机完成全部通信任务，包括串行和并行传输的转换，信号在通信线路上是串行传输的，在计算机内部是并行传输的，调制解调器将终端或计算机的数字信号转换成可以在电话线上传输的模拟信号或完成相反的转换。由于前端机可以采用比较便宜的小型计算机，所以在20世纪60年代初一直被广泛使用。这种联机系统称为面向终端的计算机通信网，是最简单的计算机网络，也称为第一代计算机网。这种网络本质上是以单个主机为中心的星状网，各终端通过通信线路共享主机的软件和硬件资源，所以也称为主机系统。

图1.1 面向终端的计算机通信网

（2）第二代：分组交换网

分组交换（packet switching）也称为包交换，是现代计算机网络的技术基础。它采用交换机实现用户之间的互联。

人们以前采用电路交换（circuit switching）实现线路的转接。在两个要求通话的用户之间建立一条专用的通信线路，用户在通话之前，先申请拨号，当建立起一条从发端到收端的物理通路后，双方才能互相通话。在通话的全部时间里，用户始终占用端到端的固定线路，直到通话结束，挂断电话（释放线路）为止，这种通信系统由于占用线路时间长，与计算机设备兼容性差，可靠性差，因此不适合传送计算机或终端的数据。

因此，人们必须找到适用于计算机通信的交换技术，才能使计算机网络得到发展。1964年8月，巴兰首先提出了分组交换的概念。1969年12月，美国的分组交换网——ARPA网投入运行，从此计算机网络进入了一个崭新的发展阶段，标志着现代通信时代的开始。

图1.2为分组交换网的示意图，图中结点A，B，…，G和连接这些结点的链路AB，BC，……组成了分组交换网，通常称为通信子网，结点上的计算机称为结点交换机。在ARPA网中结点交换机曾被称为接口报文处理机（interface message processor，IMP）。图中H1～H6都是一些独立的并且可以进行通信的计算机，称为主机；T为终端，是人机对话设备，并通过它与网络进行联系，通信子网以外的这些设备统称为资源子网。

图1.2 分组交换网

注：H—主计算机；T—终端；A～G—通信处理机

当主机H1向主机H4发送数据时，H1首先将数据划分为一系列等长（如1000 bit）的分组，同时附上一些有关目的地址等信息，然后将这些分组依次发往与H1相连的结点A。这时，除链路H1A外，网内其他通信链路并不被目前通信的双方所占用，即使链路H1A也只是当分组正在该链路上传送时才被占用，在各分组传送的空闲时间，仍可用于传送其他主机发送的分组。结点A收到分组后，先将收到的分组存入缓冲区，再根据分组携带的地址信息按一定的路由算法，确定该分组发往的目的结点。由此可见，各结点交换机的主要作用是分组的存储、转发及路由选择。

由上述可知，存储转发分组交换技术，实质上采用的策略是断续（或动态）分配传输通道，因此，非常适合传输突发式的计算机数据，极大地提高了通信线路的利用率，降低了用户的使用费用。

分组交换网也存在一些问题。例如，分组在各结点存储转发时，会因为排队带来一定的时延；各分组携带的控制信息会造成额外开销；分组交换网的管理与控制比较复杂。尽管如此，ARPA网的试验成功，使计算机网络的概念发生了根本性的变化，由以单个主机为中心的面向终端的计算机网络转变为以通信子网为中心的分组交换网，而主机和终端则处于网络的外围，构成用户资源子网。用户不仅可以共享通信子网的资源，还可以共享资源子网的硬件和软件资源。这种以通信子网为中心的计算机网络常称为第二代计算机网络，它的功能比第一代计算机网络扩大了很多，Internet就是在此基础上形成的。

分组交换网可以专用，也可以公用，一些发达国家已建造了不少公用分组交换网，它们与公用电话网相似，为更多的用户服务。我国公用分组交换网（CNPAC）于1989年11月建成。

（3）第三代：开放式互连

计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多。早在ARPA网建立之初，学者们就提出了“分层”的方法，即将庞大而复杂的问题分为若干较小的、易于处理的局部问题。1974年，国际商业机器公司（IBM）按照分层的方法制定了系统网络体系结构（system network architecture，SNA）。现在SNA已成为世界上广泛使用的一种网络体系结构。

但是，随着社会的发展，不同网络体系结构的用户迫切要求能互相交换信息。为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织（ISO）于1977年成立了专门机构研究这个问题。1978年，ISO提出了异种机联网标准的框架结构，这就是著名的开放系统互连（open systems interconnection，OSI）参考模型。OSI参考模型得到了国际认可，成为其他计算机网络体系结构靠拢的标准，大大地推动了计算机网络的发展。从此开始了第三代计算机网络的新纪元。

在这一时期（20世纪70年代末到80年代初），出现了利用人造通信卫星进行中继的国际通信网络；局域网的商品化和实用化；网络互连和实用化；网络互联技术的成熟和完善；网络环境下的信息处理——分布式处理的应用和分布式数据库的应用。

（4）第四代：高速网络

从20世纪80年代末开始，计算机网络开始进入其发展的第四代，主要标志可归纳如下：网络传输介质的光纤化、信息高速公路的建设、多媒体网络及宽带综合业务数字网络的开发和应用、智能网络的发展，以及比计算机网络更高级的分布式系统、高速以太网、光纤分布式数据接口、快速分组交换技术等。