网络与通信技术发展

四、网络与通信技术发展计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物，是随社会对信息的共享和信息传递的要求而发展起来的。所谓的计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件，如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统等来实现网络中信息传递和资源共享的系统。（一）计算机网络的演变和发展•第一阶段——联机系统•以一台中央主计算机连接大量在地理上处于分散位置的终端。所谓终端通常指一台计算机的外部设备，包括显示器和键盘，无中央处理器和内存。•随着连接的终端数增加，为了减轻中心计算机的负担，在通信线路和中心计算机之间设置了一个前端处理机FEP（FrontEndProcessor）或通信控制器CCU（CommunicationControlUnit），专门负责与终端之间的通信控制，出现了数据处理与通信控制的分工，以便更好地发挥中心计算机的处理能力。单计算机为中心的远程联机系统•第二阶段——计算机互联网络20世纪60年代中期开始，出现了若干个计算机互连系统，开创了计算机——计算机通信的时代。随后各大计算机公司都陆续推出了自己的网络体系结构，以及实现这些网络体系结构的软件硬件产品。但这些网络也存在不少弊端，主要问题是各厂家提供的网络产品实现互连十分困难。这种自成体系的系统称为“封闭”系统。因此，人们迫切希望建立一系列的国际标准，渴望得到一个“开放”系统，这正是推动计算机网络走向国际标准化的一个重要因素。第二阶段典型的计算机网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议，这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。但这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的，没有统一标准。以多计算机为中心的网络逻辑结构图•第三阶段——标准化网络20世纪70年代中期，计算机网络开始向体系结构标准化的方向迈进，即正式步入网络标准化时代。20世纪80年代,随着微机的广泛使用,局域网获得了迅速发展。美国电气与电子工程师协会（IEEE）为了适应微机、个人计算机（PC）以及局域网发展的需要,于1980年2月在旧金山成立了IEEE802局域网络标准委员会,并制定了一系列局域网络标准。在此期间,各种局域网大量涌现。标准化网络结构示意图第三阶段典型的标准化网络结构如图，通信子网的交换设备主要是路由器和交换机。•第四阶段——网络互连与高速网络进入20世纪90年代，随着计算机网络技术的迅猛发展，特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII（NII，NationalInformationInfrastructure）后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大的推动了计算机网络技术的发展。使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互连与高速网络阶段。目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。网络互连与高速网络的基本模型网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络信息社会对网络技术的挑战在信息社会，人们的工作、生活、学习和娱乐在很大程度上将不再受地理环境的限制，而大部分可在家庭进行，也即人们的就业方式、生产方式、工作方式、学习方式以至生活方式将发生深刻变化。光纤、数据通信、卫星通信和移动通信等现代信息技术将使世界范围内的交流变得更加方便更加容易，真正实现所谓天涯若比邻。应该看到，信息社会对网络技术提出了新的挑战、新的要求，特别是业务量的增长、网络站点数的扩大、以及多媒体的应用，要求网络的规模更大、带宽更宽、速率更高。•1995年到2000年期间，全球互联网用户人数由4500万增至4.2亿，增长幅度接近10倍。•截至2006年底，全球互联网用户人数达到10.8亿，比2004年增长了1.5亿人。中国的互联网用户人数为1.2亿人，在全球仅次于美国的1.978亿人。•未来五年全球互联网用户人数将再增长一倍，达到20亿人，新增用户将主要来自中国、印度、巴西、俄罗斯和印度尼西亚等人口较多的国家。•未来十年里，很多互联网用户的接入设备将由PC平台转移到智能手机和其它移动设备。（二）计算机网络技术发展趋势人们常用C&C（computerandcommunication）来描述计算机网络，但从系统的观点看，这还很不够。计算机和通信系统是计算机网络中非常重要的基本要素，但计算机网络并不是计算机和通信系统的简单结合，也不是计算机或通信系统的简单扩展或延伸，而是融合了信息采集、存储、传输、处理和利用等一切先进信息技术，是具有新功能的新系统。对于现代计算机网络的研究和分析，应该特别强调“计算机网络是系统”的观点，站在更高的高度来重新认识计算机网络结构、性能及网络工程技术和网络实际应用中的重要问题，便于把握计算机网络的发展趋势。•计算机网络的支撑技术•从系统的观点看，计算机网络是由单个结点和连结这些结点的链路所组成。•单个结点主要是连入网内的计算机以及负责通信功能的结点交换机、路由器，这些设备的物理组成主要是集成电路，而集成电路的一个重要支撑就是微电子技术。•网络的另一个组成部分就是通信链路，负责所有结点间的通信，通信链路的一个重要支撑就是光电子技术。摩尔定理预测，微电子芯片的计算功能每18个月提高一倍，这一发展趋势到2010年趋于成熟，那时芯片最多可包含1010个元件。PC的处理能力在2011可达105MIPS（MillionInstructionsPerSecond每秒执行百万条指令，千亿）Metcalfe定理（梅特卡夫定理）用于预测网络性能的增长，该定理预测网络性能的增长是连到网上PC的能力的平方。这表示网络带宽的增长率是每年3倍。不久的将来会出现每秒1015位的网络频宽需求。信息传输中的光电子技术——光纤通信评价光纤传输发展的标准是传输的比特率和信号需要再生前可传输的距离的乘积，在过去10年间，该性能每年翻一番，这种增长速度可望持续10到15年。第一代光纤传输使用0.8μm波长的激光器，传输速率可达280Mbps。第二代使用1.3μm波长的激光器和单模光纤，传输速率可达560Mbps。第三代使用单频1.5μm波长的激光器和单模光纤。目前使用的第四代采用光放大器，数据传输率可达10G～20Gbps。•计算机网络的关键技术从系统的层次结构对计算机网络做一分析。计算机网络架构的发展方向将是IP技术+光网络，光网络将会演进为全光网络。从网络的服务层面上看将是一个IP的世界；从传送层面上看将是一个光的世界；从接入层面上看将是一个有线和无线多元化的世界。为此，目前比较关键的技术主要有软交换技术、IPv6技术、光交换与智能光网络技术、宽带接入技术、3G以上的移动通信系统技术等。光交换与智能光网络技术：尽管波分复用光纤通信系统有巨大的传输容量，但它只提供了原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实现更加有效与更加灵活的组网能力。当前组网技术正从具有上下光路复用(OADM)和光交叉连接(OXC)功能的光联网向由光交换机构成的智能光网络发展：从环形网向网状网发展；从光——电——光交换向全光交换发展。•宽带接入技术:只有接入网的带宽瓶颈问题被解决后，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前宽带接入技术有很多种，但只要不和光纤或光结合的技术，就是过渡的技术，而不是下一代网络应用的技术。目前光纤到户（FTTH）的成本已下降至每户100～200美元，即将为多数用户接受。软交换技术：为了把服务控制功能和网络资源控制功能与传送功能完全分开，需要应用软交换技术。根据新的网络功能模型分层，计算机网络将分为接入与传输层，媒体层，控制层，业务／应用层（也叫网络服务层）四层，从而可对各种功能作不同程度的集成。IPv6技术：未来的计算机网络是基于IPv6技术的网络。IPv6将IP地址长度从32位扩展到128位，支持更多级别的地址层次、更多的可寻址节点数以及更简单的地址自动配置。通过在组播地址中增加一个“范围”域提高了多点传送路由的可扩展性。还定义了一种新的地址类型，称为“任意播地址”，用于发送包给一组节点中的任意一个3G以上的移动通信系统技术:3G系统比现用的2G和2.5G系统传输容量更大，灵活性更高，它以多媒体业务为基础，已形成世界家族式的标准，并将引入新的商业模式。当前正处于大规模商用的关键时刻。3G以上包括后3G，4G，乃至5G系统将更是以宽带多媒体业务为基础，使用更高更宽的频带，传输容量会更上一层楼。它们在不同网络间无缝的连接，提供满意的服务；网络可以自行组织，终端可以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信在内的端到端的IP系统，可与其它技术共享一个IP核心网。它们都是构成下一代移动互联网的基础设施。•计算机网络技术研究热点：在以上技术的带动下，计算机通信网将是一个包括地下的光缆、地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上数百至数千公里的低轨道卫星通信，一万公里左右的中轨道卫星通信，以及三点六万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合系统。在这样一个复杂的系统的支持下，并由人们实际需求的推动，以下五个方面将成为计算机网络发展的热点。•下一代Web研究•网络计算•业务综合化•移动通信•网络安全与管理•全球定位运动鞋.wmv