谈现代计算机通信网络技术的发展

刘定

（焦作大学信息工程学院，河南 焦作 454000）

计算机技术与通信技术的紧密结合，对人类社会进步做出了极大的贡献。利用计算机网络进行数据信息的传递是一种全新的电子传递方式，比现有的其他通信工具有更多的优点，比如它不像电话需要通话者同时在场，也不像广播系统只能是单方向传递信息。在速度上也比其他方式快得多，通过网络还可以传递声音、图像和视频等多媒体信息。通过网络环境，还可以建立一种新型的协作方式，实现网络计算机协同工作，它消除了地理上的距离限制。在计算机网络的支持下，银行系统实现异地通存通兑，而且加快资金的流转速度；医疗专家系统的各科医生可以联合为一个病人治疗诊断；由科学家们组成的各个领域的研究圈通过网络来进行学术交流和研究，及时发表最新的思想和研究成果。日常生活中，IP 电话、网上寻呼、电子邮件已成为人们重要的通信手段。网上书店、网上购物、网上订票、网上电视直播、网上医院、网上证券交易、电子商务等正逐渐走进普通百姓的生活、学习和工作当中。在未来，谁拥有“信息资源”，谁能有效使用“信息资源”，谁就能在各种竞争中占据主导地位。

一、计算机网络的产生

最初出现的计算机网络是广域网。广域网的设计目标是将分布在很大地理范围内的若干台计算机互联起来。早期的计算机主要是指大型机、中型机或小型机。用户通过连接在主机上的终端访问本地主机与广域网的远程主机。联网主机主要有两个功能：一是为本地的终端用户提供服务，二是通过通信线路与路 由器连接，完成网络通信功能。由通信线路与路由器组成的网络通信系统完成广域网中不同主机之间的数据传输任务。从逻辑功能上来看，计算机网络可以分成两个部分：资源子网与通信子网。

世界上第一台电子计算机的诞生是一个创举，任何人都没有预测到计算机会在今天产生如此广泛和深远的影响。当1969 年12 月世界上第一个数据包交换计算机网络ARPANET 出现时，也没有人预测到计算机网络会在现代信息社会中发挥如此重要的作用。

第一，通信网络是计算机网络发展的基础；第二，计算机技术的发展渗透到通信技术中，提高了通信网络的各种性能。当然，这两个方面的结合都离不开半导体技术，特别是超大规模集成电路VLSI 技术取得的辉煌成就，这是促进计算机网络发展的重要技术。如同计算机的迅猛发展一样，计算机网络的发展也经历了由低级到髙级的演变过程。

（一）面向终端的计算机通信网

在计算机刚问世后的几年里，计算机数量非常少，且非常昂贵。后来，用户可在远程电传打字机上输入自己的程序，而计算机的处理结果又可以传送到远程电传打字机上并打印出来。计算机网络的基本原型就这样诞生了。

由于当初计算机是为成批处理而设计的，所以必须在计算机上增加一个接口。于是，就出现了所谓的“线路控制器”，它是最原始的计算机网络（有人称其为第一代计算机网络）。这里，计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，而计算机的主要任务也还是进行成批处理，故称其为联机系统，以区别于早先使用的脱机系统。

当人们认识到计算机还可用作数据处理时，计算机的用户数量就迅速增长。由于可采用较便宜的小型计算机充当大型计算机的前端处理机，因此这种面向终端的计算机通信网获得了很大的发展。一直到现在，大型计算机组成的网络仍使用前端处理机。

（二）基于交换的计算机通信网

利用类似电话系统中的线路交换思想将多台计算机相互连接起来,这种基于交换技术的通信网络系统为网络的发展起到了极其重要的作用。多年来，从纵横制直到现代的程控制，其本质始终未变。从资源分配角度来看，电路交换是预先分配线路带宽的。通话完毕挂机后即自动释放这条物理通路。

电路交换技术本来是为电话通信而设计的，对于计算机网络来说，建立通路的呼叫过程太长，必须寻找新的适合于计算机通信的交换技术。1966 年6 月戴维斯首次提出“分组”这一概念。1969 年12 月，美国的分组交换网ARPANET 投入运行，当时仅有4 个结点。ARPANET 的成功。

ARPANET 网的成功运行使计算机网络的概念发生了根本变化，它比第一代网络在功能上扩大了很多，成为20 世纪七八十年代计算机网络的主要形式。必须指出，分组交换网之所以能得到迅速发展，很重要的一个原因就是，分组交换技术给用户带来了经济上的好处，其费用比使用电路交换更为低廉。

（三）计算机网络体系结构的形成

为了降低网络设计的复杂性，早在当初设计ARPANET 时专家就提出了层次模型思想。这种情况显然有利于一个公司垄断自己的产品。用户一旦购买了某个公司的网络，当需要扩展时，就只能再购买原公司的产品。著名的开放系统互连参考模型（OSI/RM），简称为OSI，它将网络划分为七层，并规定了每层的功能。它的“开放”思想是：只要遵循OSI 标准，一个网络系统就可以和位于世界上任何地方（这一点很像世界范围的电话和邮政系统，这两个系统都是开放系统）。OSI 参考模型的推出使网络发展道路走向标准化，现在Internet 已成为全球最大的商用计算机互联网。它遵循OSI/RM 参考模型，由于Internet 仍然使用分层结构思想（但与OSI 参考模型有很大不同），因此Internet 仍属于第三代计算机网络。

（四）局域网的形成

局域网就是在一个有限区域范围内将众多微型计算机连接在一起实现信息交换和信息共享。局域网连网简单。由于局域网价格便宜，传输速率高，使用方便，因此局域网得到了快速发展，特别是微型计算机的大量推广和普及，对局域网的应用起到了极大的推动作用。

（五）Internet 时代的到来

进入20 世纪80 年代末期以来，在计算机网络领域最引人注目的就是Internet 的飞速发展。Internet 的原意就是互联网。Internet 对世界的冲击之大，影响之深是人们所未能预料的，这就使得20 世纪90 年代开始进入Internet 时代。特别是21 世纪，得到了迅猛发展，成指数级增长趋势，促进了宽带城域网概念和技术的演变。

三、现代网络计算发展的三大趋势

（一）现代网络技术发展趋势

当前，从技术角度来认识现代网络技术向三个趋势方向发展。第一个发展趋势是网络体系结构从传统互联网向下一代互联网方向发展；第二个发展趋势是无线网络技术从无线分组网向无线自组网和无线传感器网络方向发展；伴随着前两条主线发展的第三个发展趋势是网络安全技术。

2.从传统互联网到下一代互联网

这一发展趋势中呈现出以下重要特点。

（1）ARPANET 的研究奠定了互联网（Internet）发展的基础，而联系二者的是丁。TCP/IP 协议。

（2）TCP/IP 协议体系在互联网的成功实现和广泛应用过程中，强烈的社会需求促进了广域网、城域网与局域网技术的研究与应用的发展，而广域网、城域网与局域网技术的成熟与标准化，又加速了互联网的发展进程。

（3）新型IP 网络体系结构的研究与设计，对下一代互联网的快速发展起到了重要的推动作用。从发展趋势来看，今后除计算机和个人手持设备（PAD）之外，手机、固定电话、相机、摄像机以及各种家用电器都会连接到互联网中。

（4）与传统的客户/服务器（client/server，C/S）工作模式不同，对等（peer to peer，P2P）。工作模式受到学术界与产业界的高度重视，被评价为“改变互联网的新一代网络技术”。新的基于P 的网络应用不断出现，成为21 世纪网络应用重要的研究方向之一。

随着下一代互联网技术日趋成熟，计算机网络、电信网络与有线电视网络从结构、技术到服务领域正在快速地融合，成为21 世纪信息产业发展最具活力的领域。

3.从无线分组网到无线自组网与无线传感器网这一发展趋势中呈现出以下重要特点。

（1）从是否需要基础设施的角度来看，无线网络可以分为需要基础设施与不需要基础设施两类。802.11 无线局域网与802.16 无线城域网属于需要基础设施的无线网络，而无线自组网、无线传感器网络属于不需要基础设施的无线网络。

（2）在无线分组网的基础上发展起来的无线自组网（Ad Hoc）是一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络，它在军事和特殊应用领域有着重要的应用前景。

（3）当无线自组网技术日趋成熟的时候，无线通信、微电子、传感器技术得到快速发展。在军事领域中，研究人员提出将无线自组网与传感器技术相结合的无线传感器网络技术（物联网技术）。无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）用于对敌方兵力和装备的监控、战场的实时监视与目标的定位、战场评估、对核攻击和生化攻击的监测，并且在安全、应急、医疗与环境保护等特殊领域有着重孥的应用前景。这项研究一出现，立即引起政府、军队和研究部门的髙度关注，被评价为“21 世纪最有影响的21 项技术之一”和“改变世界的十大技术之首”。

（4）无线网状网（WMN）是无线自组网在接人领域的一种应用。WMN 又称为无线网格网。作为对无线局域网、无线城域网技术的补充，它将成为解决无线接入“最后一公里”问题的重要技术手段之一。

（5）无线网络是增强人类共享信息资源的灵活性，那么无线传感器网络将会改变人类与自然界的交互方式。

4.网络安全技术

具体来说，就是严格按照统一标准，对数据进行加工和管理，采用统一的技术规范与标准要求，对网上信息资源进行整合，使其处于有利于网上传递与检索的良性状态，提高网络信息资源的检索效率。

网络在带来便利的同时，计算机病毒、黑客攻击、网上窃密及有害信息传播等安全问题也日益凸显。但有些图书馆对信息安全缺乏应有的认识和警惕性，有必要强化网络信息的安全措施。

这一发展趋势中呈现出以下重要特点。

（1）网络安全是现实社会的安全问题在网络虚拟社会中的反映。现实世界中真善美的东西，网络虚拟社会中都会有。同样，现实世界中丑陋的东西，在网络虚拟社会中也会出现，只是在什么时间点，以什么形式表现的问题，可能表现形式不一样。网络安全技术是伴随着网络技术的发展而发展的，永远不会停止。

（2）网络安全技术的发展验证着“魔髙一尺，道髙一丈“的古老哲理。在“攻击-防御-新攻击-新防御”的循环中，网络攻击技术与网络反攻击技术相互影响、相互制约，共同发展，这个过程将一直延续下去。目前，网络攻击已从当初的显示才能、玩世不恭，逐步发展到经济利益驱动的有组织犯罪，甚至是恐怖活动。

（3）正如现实世界危害人类健康的各种“病毒”（它只会随着时间演变，不可能灭绝）一样。计算机病毒也会伴随着计算机与网络技术的发展而演变，不可能停止和消失。只要人类存在，就一定存在危害人类健康的病毒。只要计算机和网络存在，计算机病毒就一定会存在。网络是传播计算机病毒的重要渠道，计算机病毒是计算机与网络永远的痛。

（4）网络安全是一个系统的社会工程。网络安全研究涉及技术、管理、道德与法制环境等多个方面。网络的安全性是一个链条，它的可靠程度取决于链条中最薄弱的环节。实现网络安全是一个过程，而不是任何一个产品可以替代的。人们在加强网络安全技术研究的同时，必须加快网络法制建设，加强网络法制观念与道德的教育。

从当前的发展趋势看，网络安全问题已超出技术和传统意义上计算机犯罪的范畴，已发展成为国家之间的一种政治与军事的手段。各国只能立足于自身，研究网络安全技术，培养专门人才，发展网络安全产业，构筑网络与信息安全保障体系。

结语

计算机网络自20 世纪60 年代末诞生以来，以异常迅猛的速度在发展，并得到广泛的应用和普及，任何人都没有预料到计算机通信网络在现代信息社会中扮演如此重要的角色。