计算机网络发展史

    网络并不新鲜。在计算机时代早期，众所周知的巨型机时代，计算机世界被称为分时系统的大系统所统治。分时系统允许你通过只含显示器和键盘的哑终端来使用主机。哑终端很像PC，但没有它自己的CPU、内存和硬盘。靠哑终端，成百上千的用户可以同时访问主机。这是如何工作的？是由于分时系统的威力，它将主机时间分成片，给用户分配时间片。片很短，会使用户产生错觉，以为主机完全为他所用。

    在七十年代，大的分时系统被更小的微机系统所取代。微机系统在小规模上采用了分时系统。所以说，并不是直到七十年代PC发明后，才想出了今天的网络。

    远程终端计算机系统是在分时计算机系统基础上，通过Modem（调制解调器）和PSTN（公用电话网）向地理上分布的许多远程终端用户提供共享资源服务的。这虽然还不能算是真正的计算机网络系统，但它是计算机与通信系统结合的最初尝试。远程终端用户似乎已经感觉到使用“计算机网络”的味道了。

    在远程终端计算机系统基础上，人们开始研究把计算机与计算机通过PSTN等已有的通信系统互联起来。为了使计算机之间的通信联接可靠，建立了分层通信体系和相应的网络通信协议，于是诞生了以资源共享为主要目的的计算机网络。由于网络中计算机之间具有数据交换的能力，提供了在更大范围内计算机之间协同工作、实现分布处理甚至并行处理的能力，联网用户之间直接通过计算机网络进行信息交换的通信能力也大大增强。

    1969年12月，Internet的前身--美国的ARPA网投入运行，它标志着我们常称的计算机网络的兴起。这个计算机互联的网络系统是一种分组交换网。分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性的变化，它为后来的计算机网络打下了基础。

     八十年代初，随着PC个人微机应用的推广，PC联网的需求也随之增大，各种基于PC互联的微机局域网纷纷出台。这个时期微机局域网系统的典型结构是在共享介质通信网平台上的共享文件服务器结构，即为所有联网PC设置一台专用的可共享的网络文件服务器。PC是一台“麻雀虽小，五脏俱全”的小计算机，每个PC机用户的主要任务仍在自己的PC机上运行，仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文件服务器，体现了计算机网络中各计算机之间的协同工作。由于使用了较PSTN速率高得多的同轴电缆、光纤等高速传输介质，使PC网上访问共享资源的速率和效率大大提高。这种基于文件服务器的微机网络对网内计算机进行了分工：PC机面向用户，微机服务器专用于提供共享文件资源。所以它实际上就是一种客户机/服务器模式。

    计算机网络系统是非常复杂的系统，计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题，为实现计算机网络通信，计算机网络采用的是分层解决网络技术问题的方法。但是，由于存在不同的分层网络系统体系结构，它们的产品之间很难实现互联。为此，国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”OSI国际标准，使计算机网络体系结构实现了标准化。

    进入九十年代，计算机技术、通信技术以及建立在计算机和网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入了一个崭新的阶段。目前，全球以美国为核心的高速计算机互联网络即Internet已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。而美国政府又分别于1996年和1997年开始研究发展更加快速可靠的互联网2（Internet 2）和下一代互联网（Next Generation Internet）。可以说，网络互联和高速计算机网络正成为最新一代的计算机网络的发展方向。

    （一）什么是计算机网络

    计算机网络不过是两台或多台计算机通过电缆连在一起，这样它们可以交换信息。

    当然，除了网络，计算机之间也有其他方式交换信息。我们中的大多数都用过一种最原始的“手工网络”的方式。那就是你将文件复制到软盘上，然后把这张盘拿到别人的计算机上。这就是称之为“手工”的原因了。

    “手工网络”的问题在于其太慢，再加上要在你的地毯上（假如你的办公室里铺了地毯的话）留下痕迹。有一天，计算机玩家们发现联网比每隔半年换一次地毯划算得多。于是，现代计算机网络诞生了。

    有了网络，你可以把办公室中的所有计算机都连上网，在每个计算机里都装一块电路板（网卡）。这样，你就有地方插电缆，安装和配置网络软件以使网络工作。于是，你有了可运行的计算机网络。

    我们的网络朋友们，到底什么是计算机网络呢？就是用通讯设备和线路，将处在不同地方和空间位置、操作相对独立的多个计算机连接起来，再配置一定的系统和应用软件，在原本独立的计算机之间实现软硬件资源共享和信息传递，那么这个系统就成为计算机网络了。

    （二）计算机网络的功能

    计算机网络有很多用处，其中最重要的三个功能是：数据通信、资源共享、分布处理。

    1.数据通信

    数据通信是计算机网络最基本的功能。它用来快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面等。利用这一特点，可实现将分散在各个地区的单位或部门用计算机网络联系起来，进行统一的调配、控制和管理。

    2.资源共享

    “资源”指的是网络中所有的软件、硬件和数据资源。“共享”指的是网络中的用户都能够部分或全部地享受这些资源。例如，某些地区或单位的数据库（如飞机机票、饭店客房等）可供全网使用；某些单位设计的软件可供需要的地方有偿调用或办理一定手续后调用；一些外部设备如打印机，可面向用户，使不具有这些设备的地方也能使用这些硬件设备。如果不能实现资源共享，各地区都需要有完整的一套软、硬件及数据资源，则将大大地增加全系统的投资费用。

    3.分布处理

    1.从小到大--局域网、城域网、广域网、因特网

    网络中计算机设备之间的距离可近可远，即网络覆盖地域面积可大可小。按照联网的计算机之间的距离和网络覆盖面的不同，一般分为局域网（LAN，即Local area network）、城域网（MAN，即Metropolitan area network）、广域网（WAN，即Wide area network）和因特网（Internet）。LAN相当于某厂、校的内部电话网，MAN犹如某地只能拔通市话的电话网，WAN好像国内直拔电话网，因特网则类似于国际长途电话网。

    局域网（LAN）是由某种类型的电缆把计算机直接连在一起的网络。把局域网连在一起组成了广域网（WAN）。大多数的广域网是通过电话线路连接的，少数的也采用其它类型的技术，如卫星通讯。Internet中大多数广域网连接是通过电话系统。

    下面就是一个很典型的网络例子。设想你坐在一所大学的计算中心房间里，里面放满了计算机。你的计算机在这一局域网中，与房间中所有其它的计算机相连，也与整栋建筑内的办公室的计算机相连。在一个学校，有很多的局域网。例如，电信系有自己的计算机网络，管理系、计算机科学系等等也有。这些局域网中的每一台机器都连在一个作为主干的高速通路上，构成一个校园的广域网。

    以上是一个大学的例子，很多其它的机构，如公司、政府机关、研究单位、其它种类的学校等，其实也是相似的。如果是小机构，可以只要一个局域网，大机构可把多个局域网连成一个或多个复杂的广域网，通常由专职人员来管理这些网络。

    局域网间是怎样连接的？它是通过一种叫做路由器（router）的专门设备来实现的。路由器的作用是提供从一个网络到另一个网络的通路。我们用路由器来连接局域网（构成广域网）和广域网（构成更大的广域网）。换句话说，我们可以认为：Internet里的计算机通过大量的路由器连成局域网和广域网。

    2.地位不同--基于服务器的网络和对等网络

    在计算机网络中，倘若每台计算机的地位平等，都可以平等地使用其他计算机内部的资源，每台机器磁盘上的空间和文件都成为公共财产，这种网就称之为对等局域网（Peer to Peer LAN），简称对等网。在对等网计算机资源这种共享方式将会导致计算机的速度比平时慢，但对等网非常适合于小型的、任务轻的局域网，例如在普通办公室、家庭、游戏厅、学生宿舍内建个小LAN。

    如果网络所连接的计算机较多，在10台以上且共享资源较多时，就需要考虑专门设立一个计算机来存储和管理需要共享的资源，这台计算机被称为文件服务器，其他的计算机称为工作站，工作站里硬盘的资源就不必与他人共享。如果想与某人共享一份文件，就必须先把文件从工作站拷贝到文件服务器上，或者一开始就把文件安装在服务器上，这样其他工作站上的用户才能访问到这份文件。这种网络称为客户机/服务器（Client/Server）网络。

    （四）硬件组成

    1.客户机和服务器

    客户机／服务器系统（Client／Server System）是计算机网络（尤其是Internet）中最重要的应用技术之一，其系统结构是指把一个大型的计算机应用系统变为多个能互为独立的子系统，而服务器便是整个应用系统资源的存储与管理中心，多台客户机则各自处理相应的功能，共同实现完整的应用。用户使用应用程序时，首先启动客户机通过有关命令告知服务器进行连接以完成各种操作，而服务器则按照此请示提供相应的服务。

    客户机／服务器（C／S，Client／Server）概念来源于日常生活中常见的一种工作方式。例如，在一个大餐馆中，食客向招待员点菜，招待员把食客要求通知厨房的厨师，厨师按食客要求做好菜让招待员端给食客，这就是一种餐馆的C／S工作方式。餐馆中的招待员和厨师进行了分工：招待员直接面向食客，了解食客要求并向食客提供最终服务；厨师看不到食客，但具体运作食客提交的任务。如果把餐馆看成一个系统，则招待员与厨师的分工就是一种系统的分工，C／S工作方式就是一种系统分工、协同的工作方式，有时也称为C／S模式、C／S系统。招待员与厨师的分工关系是一种系统的结构关系，所以C／S实际上也是一种系统结构模式。

    计算机网络的主要用途之一是允许共享资源。这种共享是通过相呼应的两个独立程序来完成的。每个程序在相应的计算机上运行。一个程序在服务器中，提供特定资源；另一个程序在客户机中，它使客户机能够使用服务器上的资源。

    例如，你正在计算机上用一个文字处理程序（如Word）进行工作，你告诉程序，你要编辑一个存贮在网络的另一台计算机中的特定的文件。你的程序将给那台计算机发送一个信号，请求它把这个文件传输过来。在这种情况下，你的文字处理程序是客户机，此时接受这种请求并发出这个文件的程序叫服务器，更确切地说它是一个文件服务器。

    在局域网上，硬件就在附近并且看得见。通常，人们用“服务器”这个词来称运行服务器程序的这台计算机。假设有这样的场面：一位网络管理员带着美国总统参观他的局域网，他在现场指着一台米色计算机，夸耀地说“这就是我们的文件服务器！”对于这种恰当有礼的炫耀，总统点头示意并说：“很好！”

    在Internet上，硬件却通常看不到，这里的“客户机”和“服务器”一般是分别指载有相应程序的计算机，一个是要求服务的计算机，另一个是可提供服务的计算机。

    可以举一个重要的例子，很多Internet的主机提供一种叫做WWW的服务（就相当于你现在浏览网页）。WWW允许你用鼠标点击“链接”（简言之，就是使鼠标光标变成手形的文本词句和图形），每次你点击一项，WWW程序就执行所要求的任务，一直到你的需要得到满足。例如，某个“链接”是连到一个特定的信息内容（如“今日新闻”），WWW将检索这个信息，并把它显示给你。

    当你用WWW时，要涉及两个不同的程序。一个程序安装在客户机上，它执行你的鼠标点击，立即显示链接的网页内容，确保你的要求得到执行，这个程序叫做WWW客户机程序，比如你使用的浏览器（IE或Netscape）。另一个程序在服务器上，如“阿帕奇”（Apache）Web服务器软件，它对你的WWW客户机所要求的一切进行满足。

    这种系统的绝妙之处，就是客户机和服务器程序不在同一台计算机上运行，这些客户机和服务器程序通常归属不同的计算机。例如，你可能坐在中国北京的一台PC机前，通过WWW来阅读万里之外的美国国家安全局的“今日新闻”，看一看美国总统选举的闹剧。在这种情况下，WWW客户机就是你的PC机，它运行着一个程序，此时WWW服务器是在美国另一端的一台超级计算机，它运行着另一个程序。

    计算机网络是由两个或多个计算机通过特定通信模式连接起来的一组计算机，完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。

    组成一般计算机网络的硬件有哪些？一是网络服务器；二是网络工作站；三是网络适配器，又称为网络接口卡或网卡；四是连接线，学名“传输介质”或“传输媒体”，主要是电缆或双绞线，还有不常用的光纤。如果要扩展局域网的规模，就需要增加通信连接设备，如调制解调器、集线器、网桥和路由器等。我们把这些硬件连接起来，再安装上专门用来支持网络运行的软件，包括系统软件和应用软件，那么一个能够满足工作或生活需求的计算机网络也就建成了。

    2.服务提供者--服务器

    服务器（Server）是一台高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理各网络工作站成员的信息请示等，并连接一些外部设备如打印机、CD－ROM、调制解调器等。根据其作用的不同分为文件服务器、应用程序服务器和数据库服务器等。Internet网管中心就有WWW服务器、FTP服务器等各类服务器。

    广义上的Server（服务器）是指向运行在别的计算机上的客户端程序提供某种特定服务的计算机或是软件包。这一名称可能指某种特定的程序，例如WWW服务器，也可能指用于运行程序的计算机，例如，“我们的邮件服务器今天崩溃了”，这就是电子邮件不能被发送出去的原因。一台单独的服务器计算机上可以同时有多个服务器软件包在运行，也就是说，它们可以向网络上的客户提供多种不同的服务。

    网络服务器是不是就是所说的文件服务器？一般意义上的网络服务器确也是指文件服务器。文件服务器是网络中最重要的硬件设备，其中装有NOS（网络操作系统）、系统管理工具和各种应用程序等，是组建一个客户机/服务器局域网所必需的基本配置；对于对等网，每台计算机则既是服务器也是工作站。

    采用什么样的微机用作服务器最为合适？若有条件购置专门的文件服务器则更好，因为硬件上有专门考虑，我们在前面不是说服务器的硬盘存取速度对网络的影响很大吗？所以专用的服务器就对数据的存储、速度、可靠性都有考虑，诸如硬盘镜像、双工等容错技术一般都会得到应用。不过一般的小型LAN，采用PII级的微机，配备一个或数个GB的大容量硬盘和一个32位的网卡也就可以满足需求。

    3.坐享其成者--工作站

    工作站（Workstation）也称客户机，由服务器进行管理和提供服务的、连入网络的任何计算机都属于工作站，其性能一般低于服务器。个人计算机接入Internet后，在获取Internet的服务的同时，其本身就成为一台Internet网上的工作站。网络工作站需要运行网络操作系统的客户端软件。

    4.计算机的哨卡--网卡

    网卡也称网络适配器、网络接口卡（NIC，Network Interface Card），在局域网中用于将用户计算机与网络相连，大多数局域网采用以太（Ethernet）网卡，如NE2000网卡、PCMCIA卡等。

    何谓网卡？网卡是一块插入微机I/O槽中，发出和接收不同的信息帧、计算帧检验序列、执行编码译码转换等以实现微机通讯的集成电路卡。

    它主要完成如下功能：

    （1）读入由其它网络设备（路由器、交换机、集线器或其它NIC）传输过来的数据包（一般是帧的形式），经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板上的总线将数据传输到所需PC设备中（CPU、内存或硬盘）；

    （2）将PC设备发送的数据，打包后输送至其它网络设备中。它按总线类型可分为ISA网卡、EISA网卡、PCI网卡等。其中ISA网卡的数据传送以16位进行，EISA和PCI网卡的数据传送量为32位，速度较快。

    网卡的工作原理与调制解调器的工作原理类似，只不过在网卡中输入和输出的都是数字信号，传送速度比调制解调器快得多。

    网卡有16位与32位之分，16位网卡的代表产品是NE2000，市面上非常流行其兼容产品，有些就叫不出来名字，一般用于工作站；32位网卡的代表产品是NE3200，一般用于服务器，市面上也有兼容产品出售。

    网卡的接口大小不一，其旁边还有红、绿两个小灯，起什么作用呢？网卡的接口有三种规格：粗同轴电缆接口（AUI接口）；细同轴电缆接口（BNC接口）；无屏蔽双绞线接口（RJ-45接口）。一般的网卡仅一种接口，但也有两种甚至三种接口的，称为二合一或三合一卡。红、绿小灯是网卡的工作指示灯，红灯亮时表示正在发送或接收数据，绿灯亮则表示网络连接正常，否则就不正常。值得说明的是，倘若联接两台计算机线路的长度大于规定长度（双绞线为100米，细电缆是185米），即使连接正常，绿灯也不会亮。

    5.勤快的“猫”--调制解调器Modem

    调制解调器也叫Modem，俗称“猫”。它是一个通过电话拨号接入Internet的必备的硬件设备。通常计算机内部使用的是“数字信号”，而通过电话线路传输的信号是“模拟信号”。调制解调器的作用就是当计算机发送信息时，将计算机内部使用的数字信号转换成可以用电话线传输的模拟信号，通过电话线发送出去；接收信息时，把电话线上传来的模拟信号转换成数字信号传送给计算机，供其接收和处理。

    按调制解调器与计算机连接方式可分为内置式与外置式。内置式调制解调器体积小，使用时插入主机板的插槽，不能单独携带；外置式调制解调器体积大，使用时与计算机的通信接口（COM1或COM2）相连，有通信工作状态指示，可以单独携带、能方便地与其他计算机连接使用。

    按调制解调器的传输能力不同有低速和高速之分，常见的调制解调器速率有14.4Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps等。“bps”为每秒钟传输的数据量（字节数），工作速度越快，上网效果越好，价格越高，但电话线路的通信能力可能制约调制解调器的整体工作效率。
6.信号的加油站--中继器和集线器

    要扩展局域网的规模，就需要用通信线缆连接更远的计算机设备，但当信号在线缆中传输时会受到干扰，产生衰减。如果信号衰减到一定的程度，信号将不能识别，计算机之间不能通信。必须使信号保持原样继续传播才有意义。

    中继器（Repeater），用于连接同类型的两个局域网或延伸一个局域网。当我们安装一个局域网而物理距离又超过了线路的规定长度时，就可以用它进行延伸；中继器也可以收到一个网络的信号后将其放大发送到另一网络，从而起到连接两个局域网的作用。

    集线器称为HUB，是一种集中完成多台设备连接的专用设备，提供了检错能力和网络管理等有关功能。HUB有三种类型：对被传送数据不做任何添加的Passive HUB，被称为被动集线器；能再生信号，监测数据通讯的Active HUB，被称为主动集线器；能提供网络管理功能的Intelligent HUB，被称为智能集线器。

    7.网络间的关卡--网桥、路由器和网关

    网桥（Bridge）也连接网络分支，但网桥多了一个“过滤帧”的功能。一个网络的物理连线距离虽然在规定范围内，但由于负荷很重，可以用网桥把一个网络分割成两个网络。这是因为网桥会检查帧的发送和目的地址，如果这两个地址都在网桥的这一半，那么这个帧就不会发送到网桥的另一半，这就可以降低整个网的通讯负荷，这个功能就叫“过滤帧”。

    假如需要连接两种不同类型的局域网，那就得用路由器（Router），它可以连接遵守不同网络协议的网络。路由器能识别数据的目的地地址所在的网络，并能从多条路径中选择最佳的路径发送数据。如果两个网络不仅网络协议不一样，而且硬件和数据结构都大相径庭，那么就得用网关（Gateway）。不过，这两个东西在一般的局域网中几乎是派不上用场的。

    8.信号的马路--传输媒体

    网络电缆用于网络设备之间的通信连接，常用的网络电缆有双绞线、细同轴电缆、粗同轴电缆、光缆等。此外计算机网络还使用无线传输媒体（包括微波、红外线和激光）、卫星线路等传输媒体。

    9.坚强的后盾--不间断电源UPS

    UPS是不间断电源（Uninterruptible Power System）的英文名称的缩写，它伴随着计算机的诞生而出现，是计算机常用的外围设备之一。实际上，UPS是一种含有储能装置，并以逆变器为主要组成部分的恒压恒额的不间断电源。

    UPS在其发展初期，仅被视为一种备用电源。后来，由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题，使计算机等设备的电子系统受到干扰，造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果，引起巨大的经济损失。因此，UPS日益受到重视，并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。目前在市场上可以购买到种类繁多的UPS电源设备，其输出功率从500VA到3000kVA不等。

    当有市电供给UPS的时候，UPS对市电进行稳压（220V±5％）后为计算机供电。此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电。因UPS设计的不同，UPS适应的范围也不同，UPS输出电压在±10－15％的变化一般属正常的计算机使用电压。当市电异常或者中断时，UPS立即将机内电池的电能通过逆变转换供给计算机系统，以维持计算机系统的正常工作并保护计算机的软硬件不受损失。

    配备UPS的主要目的是防止由于突然停电而导致计算机丢失信息和破坏硬盘，但有些设备工作时是并不害怕突然停电的（如打印机等）。为了节省UPS的能源，打印机可以考虑不必经过UPS而直接接入市电。如果是网络系统，可考虑UPS只供电给主机（或者服务器）及其有关部分。这样可保证UPS既能够用到最重要的设备上，又能节省投资。

    （五）软件组成

    1.用户与网络的中间人--网络操作系统

    网络操作系统（NOS）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统，它在计算机操作系统下工作，使计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力。例如像前面已谈到的当你在LAN上使用字处理程序时，你的PC机操作系统的行为就像在没有构成LAN时一样，这正是LAN操作系统软件管理了你对字处理程序的访问。网络操作系统运行在称为服务器的计算机上，并由连网的计算机用户共享，这类用户称为客户。

    NOS与运行在工作站上的单用户操作系统或多用户操作系统由于提供的服务类型不同而有差别。一般情况下，NOS是以使网络相关特性最佳为目的的。如共享数据文件、软件应用以及共享硬盘、打印机、调制解调器、扫描仪和传真机等。而一般计算机的操作系统，如DOS和OS/2等，其目的是让用户与系统及在此操作系统上运行的各种应用之间的交互作用最佳。

    为防止一次由一个以上的用户对文件进行访问，一般网络操作系统都具有文件加锁功能。如果没有这种功能，将不会正常工作。文件加锁功能可跟踪使用中的每个文件，并确保一次只能一个用户对其进行编辑。文件也可由用户的口令加锁，以维持专用文件的专用性。

    NOS还负责管理LAN用户和LAN打印机之间的连接。NOS总是跟踪每一个可供使用的打印机以及每个用户的打印请求，并对如何满足这些请求进行管理，使每个终端用户的操作系统感到所希望的打印机犹如与其计算机直接相连。

    NOS还对每个网络设备之间的通信进行管理，这是通过NOS中的媒体访问法来实现的。

    NOS的各种安全特性可用来管理每个用户的访问权利，确保关键数据的安全保密。因此，NOS从根本上说是一种管理器，用来管理连接、资源和通信量的流向。

    现在常用的NOS有Novell NetWare、Windows NT、UNIX和LINUX等。

    2.网络协议和应用服务软件

    协议是网络设备之间进行互相通信的语言和规范。常用的网络协议有：IPX、TCP/IP、NetBEUI、NWLink。TCP/IP是Internet使用的协议。

    客户机（网络工作站）上使用的应用软件通称为客户软件。它用于应用和获取网络上的共享资源。用在服务器上的服务软件则使网络用户可以获取这种服务。

    客户机/服务器系统的引入，给许多桌面系统注入了新的活力。如电子消息系统（又叫群件系统，Groupware），利用计算机和通讯网络在工作组内协调和管理工作进程，目前的Lotus Notes、Microsoft Exchange Server等都使用了客户机/服务器概念，在降低客户机内存负担的同时，提高了效率。