计算机通信网

将若干台具有独立功能的计算机通过通信设备及传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，实现计算机间的信息传输与交换的系统，称之为计算机通信网。

计算机通信网简介

基本概念

计算机通信网涉及通信与计算机两个领域，计算机与通信的结合是计算机通信网产生的主要条件。一方面，通信网络为计算机之间的数据传送和交换提供了必要手段；另一方面，计算机技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网的各种功能。当然，这两个方面的进展离不开人类在微电子技术上的辉煌成就。

随着人类社会的不断进步、经济的迅猛发展以及计算机的广泛应用，人们对信息的要求越来越强烈，为了更有效、更可靠地传递、处理信息，计算机通信网应运而生。因此我们也有必要理解计算机通信网的概念及发展过程，计算机通信网的组成、主要任务，计算机通信网的分类和计算机通信网的主要涉及问题。

主要任务

计算机通信网的任务归纳起来一般有以下几点

1.数据传输。既提供网络用户间，各个处理器间以及用户与处理器间的通信，这是计算机通信的基本功能。

2.提供资源共享。包括计算机资源共享以及通信资源共享。计算机资源主要指的是计算机的硬件、软件和数据资源。资源共享功能使得网络用户可以克服地理位置的差异性，共享网络中的计算机资源，以达到提高硬件，软件的利用率以及充分利用信息资源的目的。

3.提高系统的可靠性。计算机通信网可以通过检错、重发以及多重链路等手段来提高网络的可靠性。

4.能进行分布式处理。分布式计算机通信网络可以将原本集中于一个大型计算机的许多处理功能分散到不同的计算机上进行分布处理。一方面可以减轻价格昂贵的主处理器的负担，使主机和链路的成本减低；另一方面，分布处理也可以提高网络的可靠性。

5.对分散对象提供实时集中控制与管理功能。在某些场合下，要求对地理上分散的系统提供几种控制，另外计算机通信网还可以对整个网络进行集中管理以及集中对网络资源进行分配。

6.节省硬件、软件设备开销。对不同类型的设备及软件提供兼容，可以充分发挥这些硬件、软件的作用。

基本要求

【对计算机通信网的基本要求】在进行计算机通信网的拓扑设计时，要求如下：

1.连通性。所谓连通性是网内任意两个用户可以互通信息。有两个因素可以会影响连通性：一是如果网络设备容量有限，业务量超过容量时就会出现设备全部被占而不能连通的情况；二是网络设备出现故障无法连同的情况。前者属于容量与业务量的矛盾，要合理解决。后者属于可靠性，这是另一个基本要求。

2.可靠性。可靠性是指通信网的信道和设备不易出现故障，即使某些设备或信道出现故障时，有备用设备和信道可以利用或迂回。

3.快速通信。计算机通信网大多采用分组交换。分组在交换机中要排队等待，交换机要对分组处理，这需要时间，另外，分组在传输的过程中也有传输时延等。总之，分组在计算机通信网中的传输和交换时，有一定的时延，我们希望这些时延尽量小，以保证快速通信。

4.高质量。高质量是指网中所传信息的信噪比大、误码率低。

5.灵活性。计算机通信网的建设投资极大，通常是根据需要逐步投资扩建的。因此计算机通信网应具有新用户进网，提供新业务、与其他网联网和不断扩容的灵活性。

6.经济合理性。在计算机通信网的设计中要综合考虑可靠性及经济性指标，以求达到一个合理标准。

网络拓扑设计的概念以及必要性：网络拓扑设计问题是指：在给定各个交换节点和终端位置的情况下，通过选择合适的通路，并合理的分配线路的容量和流量，以保证一定的可靠性，时延及吞吐量，同时使整个网络的成本最低。可见，在网络拓扑设计中经常遇到的问题是可靠性、时延、吞吐量和费用。网络拓扑设计是建设计算机通信网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础。网络拓扑设计的好坏对整个网络的性能和经济性都有重大影响。如路由选择、信息流量控制以及其他的一些设计问题都在相当程度上有赖于网络的拓扑设计。网络节点的位置、链路的连接方式以及链路容量直接决定了信息通过网络的传输时间。网络节点间的链路数量、路径的不同等影响着网路的联考型。

网络拓扑设计的方法：由于计算机通信网络的拓扑十分复杂，要直接对整个网络的拓扑进行设计，以得出最佳是十分困难的。目前一般采用的方法是将整个网络划分为若干个相对独立的子网，然后用近似的方法，对简化了的子网进行拓扑设计、优化求解。

形成发展

计算机通信网的发展主要经历了以下几个阶段：

第一代

第一代计算机通信网是面向终端的计算机通信网。计算机与通信的结合是在1954年。人们将远程终端通过电话线路与计算机相连，以实现相互传递数据信息。由于当初计算机是成批处理信息而设计的，所以为了实现计算机与远程终端的通信，在计算机上需增加一个接口，即线路控制器。线路控制器的主要功能是串、并变换以及简单的差错控制。早期的线路控制器只能和一条通信线路相连，随着远程终端数量的增多，为了避免一台计算机使用多个线路控制器，在20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器，它可以和许多个远程终端相连接。

右图中调制解调器的作用是吧计算机或终端产生的数据信号变换成可以在电话线路上传输的模拟信号以及完成相反的变换。图中所示的联机系统称为面向终端的计算机通信网，即第一代计算机通信网。这种面向终端的计算机通信网的网络结构是以单个主机为中心的星形网，如右图：在这种结构中，各个终端通过通信线路共享主机硬件和软件资源。

第二代

第二代计算机通信网是以通信子网为中心的计算机通信网。这里所谓的通信子网就是分组交换。传统的电路交换技术不适合计算机数据的传输，计算机通信网采用的交换方式大都是分组交换。分组交换：是为了适应计算机通信网的要求而发展起来的。

分组交换是一种存储-转发交换方式，即将到达交换机的数据先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。分组交换方式的原理如右图：分组交换的示意图中交换节点ABCDE以及连接这些节点的链路AB AC BD BE CD DE 等组成了分组交换网，即称为通信子网。图中通信子网以外的H1--H5 都是一些独立的并且可以进行通信的计算机，即主机。这些主机和终端构成了用户资源子网。用户不仅共享通信子网的资源，而且还可以共享用户资源子网的硬件和软件资源。

分组交换以分组为单位进行交换和传输。由于分组平均长度固定且具有统一的格式，便于在交换机中存储和处理。数据分组进入交换机后只在主存储器中停留很短时间进行排队和处理，一旦确定了新的路由，就输出到下一个交换机或者用户终端。可见分组交换的主要任务是负责分组存储、转发以及选择合适的路由，另外，分组交换机还具备差错控制和流量控制等功能。分组交换具有线路利用率高、可靠性好、不同类型的终端可以互相通信的优点，所以计算机通信网采用分组交换。当然，分组交换也有一些缺点：一是传输时延较大；二是各个分组必须携带的控制信息使得分组的开销较大；再就是分组交换技术实现复杂。

这种以通信子网为中心的计算机通信网称为第二代计算机通信网，这种计算机通信网比第一代的面向终端的计算机通信网的功能扩大了许多。最早的分组交换网是美国的分组交换网ARPANET，它是1969年12月投入运行的。此后几年里，分组交换网在世界各地迅速发展起来，其中的原因除了分组交换的有点外，还有一个不可忽略的因素，那就是分组交换网的经济性好。分组交换网中信息以分组为单位在交换机中存储和处理，部要求交换机具有很大的容量，降低了网内设备而的费用；对线路的动态统计时分复用大大降低了用户的通信费用；分组交换网通过网络控制和管理中心多网内设备实行比较集中的控制和维护管理，节省了维护管理费用。

第三代

第三代计算机通信网是体系结构标准化的计算机通信网。

计算机通信网是个非常复杂的系统，计算机之间互相通信涉及许多复杂的技术问题，为了设计这样一个复杂的系统，早在最初的ARPANET的设计时就提出了分层的方法。所谓分层就是将完成计算机通信全过程的所有功能划分成若干个层，每一层对应一些独立的功能。这样，就可以将庞大的复杂的问题转化为若干个较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。

1974年美国IBM公司公布了它研制的系统网络体系结构。不久，各种不同的网络体系结构相继出现。体系结构出现后，对同一体系结构的网络设备互联非常容易，但对于不同体系结构的网络设备却很难实现互联，然而社会的发展要求不同体系结构的计算机都能互联。以满足不同体系结构的用户互相交换信息的需求。为此，国际标准化组织于1977年成立了专门机构研究该问题。在研究分析了现在的各种网络体系结构后，不久，该机构就提出了著名的开放系统互连参考模型，只是一个能使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架。从此，计算机通信网走上了标准化的轨道。我们把体系结构标准化的计算机通信网称为第三代计算机通信网。

第四代

随着全球范围内计算机通信的需求的日益增长，20世纪80年代末期美国开始发展Internet，而进入20世纪90年代计算机网络已经称为Internet时代。Internet的概念：Internet是全球最大的，开放的，由众多网络互连而成的计算机互联网，或者说是网络的网络。互联网意味着全世界采用统一的网络互连协议，即采用TCP/IP协议的计算机都能互相通信，所以说，Internet是基于TCP/IP协议的网间网。Internet的发展：Internet的发展大致经历了3个阶段。1.Internet发展的第一阶段是从单个的分组交换网ARPANET 向互联网发展的过程。1969年美国国防部创建了ARPANET网，它是一个单个的分组交换网，但随后其规模一直增长很快，而且人们逐渐认识到了网络互连的重要性，并开始研究网络互联技术。1983年TCP/IP协议称为ARPANET的标准协议，在ARPANET的基础上，采用网络互联技术和TCP/IP协议，1983--1984年便形成了Internet。

计算机通信网 3级结构的Internet

2.Internet发展的第二阶段是由美国国家科学基金会在1986年建成了3级结构的Internet，称为国家科学基金网。整个网络分为主干网、地区网和校园网。如左图所示。

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3.Internet发展的第三阶段从1993年开始，若干个商用的因特网主干网逐渐代替了美国政府资助的NSFNET，这种主干网是由因特网服务提供者经营的，所以也叫服务提供者网络。如左图：显示了Internet一般可以分为一下5个接入级。网络接入点（NAP)，国家主干网（主干ISP），地区ISP，本地ISP，校园网、企业网或者PC机上网用户。

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