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第2章 计算机网络

计算机网络是计算机技术与通信技术的结合,是当今计算机科学与工程中迅速发展的新兴技术之一,也是计算机应用中一个空前活跃的领域。人们可以借助计算机网络实现信息的交换和共享。如今,网络技术已经深入到人们日常工作、生活的每个角落,网络的存在随处可见,随处都可以享受到网络给我们生活带来的便利。

所谓计算机网络,是指利用通信手段,把地理上分散的、但能够以相互共享资源(硬件、软件和数据等)的方式有机地连接起来而又各自具备独立功能的计算机系统的集合。

计算机网络各种各样,小到办公室、实验室里几台计算机的连接,大到数家公司乃至多个国家的众多计算机联网。互联网就是一个连接着世界各地数百万台计算机的大型网络系统。但不管联网规模怎样,网络都应包含三个主要组成部分:若干台主机(Host)、一个通信子网和一系列的通信协议。

主机(Host):用来向用户提供服务的计算机。

通信子网:用于进行数据通信的通信链路和节点交换机。

通信协议:这是通信双方事先约定好的也是必须遵守的规则,这种约定保证了主机与主轨、主机与通信子网,以及通信子网中各节点之间的通信。

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。最初的计算机网络是一台主机通过电话线连接若干个远程的终端,这种网络称为面向终端的计算机通信网,它是以单个主机为中心的星形网,效率低,功能也很有限。

第二代计算机网络在理念上发生了很大的变化,以ARPANET为代表的第二代计算机采用了以“通信子网”为中心的模式,即先构建一个通信子网,许多主机和终端设备在通信子网的外围再构成一个“用户资源子网”。由于通信子网可以采用租用的手段,加上对多路复用技术的应用,不再使用类似于电话通信的电路交换方式,而是采用更适合于数据通信的分组交换方式,大大降低了计算机网络中的通信费用。

20世纪70年代,由于人们对于计算机网络高度重视,形成了多家并举、群雄割据的局面。包括IBM在内的许多公司纷纷提出了自己的网络体系结构,这在很大程度上促进了计算机网络的发展,但也带来了一定的负面效应。例如,不同公司网络产品的连通就是一个大问题。为此,国际标准化组织ISO于1977年提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互相连通的标准框架,即“开放系统互连参考模型”简称OSI/RM。这是第三代计算机网络的一个真正的开端。

互联网出现于20世纪80年代的中期,在传入我国以后有各种各样的命名方法,现在已经被规范地称为国际互联网。目前已经连接了175个国家和地区,约1000万个网络,1.5亿多台计算机和4亿以上的用户,有10万多个组织注册了:互联网网络地址。它的发展之快受到了全世界的瞩目。互联网并没有完全按照OSI网络体系结构运作,也就是说它拥有一套自己的体系结构,不过它仍然属于第三代计算机网络。

从20世纪90年代至今,计算机网络的发展更加迅猛。随着各种高速通信子网的建成和完善,我们实际上已进入了第四代计算机网络,其突出的特点就是“快”。

1.计算机网络的功能

计算机技术和通信技术结合而产生的计算机网络,不仅使计算机的作用范围超越了地理位置的限制,而且也增大了计算机本身的威力,拓宽了服务,使它在各领域发挥了重要作用,日益成为计算机应用的主要形式。计算机网络具有下述功能。

数据通信。网络中的计算机之间可以进行数据传输,这是网络最基本的功能。

资源共享。入网的用户可以共享网络中的数据、软件和硬件资源,这是网络的主要功能。

提高系统的可靠性。用户可以借助硬件和软件的手段来保证系统的可靠性。

进行分布处理。可以把工作分散到网络中的各个计算机上完成。

集中控制、管理和分配网络中的软件、硬件资源。

2.计算机网络的服务

为了方便用户,计算机网络在其基本功能的基础上,又提供了以下几种有效的服务。

(1)文件与打印服务

文件服务可以有效地使用存储设备管理一个文件的多次复制,对关键数据进行备份等。它是计算机网络提供的主要服务之一。

打印服务用来对打印设备进行控制和管理。它可以减少一个部门所需要的打印机数量,通过打印队列作业管理减少计算机传送打印作业的时间,有效地共享特定的打印机。

(2)应用服务

应用服务是一种更替网络客户运行软件的网络服务。它可以协调硬件及软件在最为合适的平台上运行应用程序,在网络上不必对每一台计算机进行升级便可增强关键硬件的处理能力。

(3)消息服务

消息服务内容包括对二进制数据、图像数据及数字化声像数据的存储、访问和发送。消息服务的典型应用是网络电子邮件(E-mail)。随着国际互联网的广泛应用,各种E-mail服务,已成为与世界上其他计算机用户进行通信的普遍方法。

(4)数据库服务

采用数据库服务提高了数据处理的效率,减少了网络传输,实现了数据共享、减少了数据冗余。

计算机网络正处于迅速发展阶段,网络技术的不断更新,性能和服务的日益完善,进一步扩大了它的应用范围。计算机网络可用于办公自动化、工厂自动化、企业管理信息系统、生产过程实时控制、军事指挥和控制系统、辅助教学系统、医疗管理系统、银行系统、软件开发系统及商业系统等方面,其中主要应用如下。

(1)办公自动化

计算机在办公环境中的应用,最初只是用于会计计算、文字处理。随着局域网的普及,计算机则更多地用于快速存储、传送和检索信息,改变了现有的办公通信模式,并发展了全新的信息处理策略,从而大大提高了办公自动化的能力。

办公自动化系统集计算机、数据库、计算机网络、声音、图像、文字技术于一体,除了传统的电话、电传外,还使用远程传真、电子邮件、数据终端及图形终端等通信设备;在处理方式上,具有数据处理、文字处理、文件归档及检索等多项功能。

(2)工厂自动化

这方面的应用包括生产自动化、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机集成制造系统、生产过程实时控制等。

(3)校园网

计算机网络在教育与教学方面的应用是其应用中一个重要的方面。许多学校都建立了校园网,通过高速主干网将各个部门的局域网连接起来,并通过互联网共享全球范围内的教学成果和科研成果。在管理方面主要包括人事管理、学生学籍管理、考试成绩管理、设备管理、教学科目管理等;在科研方面主要包括图书资料检索、科研规划制定、科研成果管理等;在教学方面主要包括计算机辅助教学和计算机辅助实验等。

(4)计算机协同工作技术

计算机协同工作技术是指地域分散的一个群体,借助计算机网络技术,共同完成一项任务。它包括群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研究两部分。通过建立协同工作环境,改善人们通信的方式,消除或减少在时间和空间上的障碍,从而节省工作人员的时间和精力,提高群体工作的质量和效率。计算机协同工作将计算机技术、网络通信技术、多媒体技术及多种社会科学紧密结合起来,可向人们提供一种全新的交流方式。现在正在发展的此类系统有工作流程管理系统、多媒体计算机会议(即视频会议)、协同编著及设计系统等。

目前,计算机网络正处于高速发展阶段。在这个阶段中,计算机网络发展主要要集中在,互联网的广泛应用与高速网络技术的迅速发展。

互联网是覆盖全球的信息基础设施之一。对于广大互联网用户来说,它就像一个庞大的广域计算机网络。用户可以利用互联网来实现全球范围的电子邮件、WWW信息查询与浏览、电子新闻、文件传输、语音与图像通信服务等功能。互联网是一个由多个广域网和局域网互联的大型网际网,它对推动世界科学、文化、经济和社会的发展有着不可估量的作用。

在互联网飞速发展与广泛被应用的同时,高速网络的发展也引起了人们越来越多的关注。高新网络技术发展主要表现在宽带综合业务数据网B-ISDN、异步传输模式ATM、高速局域网、交换局域网与虚拟网络上。

进入21世纪以来,世界经济已经进入了一个全新的发展阶段。世界经济的发展推动着信息产业的发展,信息技术与网络的应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标准。1993年9月,美国宣布了国家信息基础设施(NII,National Information Infrastructure)建设计划,NII被形象地称为信息高速公路。美国建设信息高速公路的计划触动了世界各国,人们开始认识到信息技术的应用与信息产业的发展将会对各国经济发展产生重要的作用,因此很多国家纷纷开始制定各自的信息高速公路的建设计划。对于国家信息基础设施建设的重要性已在各国形成共识,1995年2月全球信息基础设施委员会(GIIC,Global Information Infrastiucmre Committee)成立,其目的是推动并协调各国信息技术与信息服务的发展与应用。在这种情况下,全球信息化的发展趋势已不可逆转。

建设信息高速公路就是为了满足人们在未来随时随地对信息交换的需要,在此基础上人们相应地提出了个人通信与个人通信网(PCN,Personal Communication Network)的概念。它将最终实现全球有线网、无线网的互联,邮电通信网与电视通信网的互联,固定通信与移动通信的结合。在现有电话交换网(PSTN)、公共数据网(PDN)、广播电视网的基础上,利用无线通信、卫星移动通信、有线电视网等通信手段,可以使任何人在任何地方、任何时间,都能使用各种通信服务,并最终走向“全球一网”。

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