浅谈对计算机网络的认识

第1页浅谈对计算机网络的认识摘要：计算机网络就是计算机之间通过连接介质(如网络线、光纤等)互联起来，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的一种组织形式。计算机网络是二十世纪60年代起源于美国，原本用于军事通讯，后逐渐进入民用，经过短短40年不断的发展和完善，现已广泛应用于各个领域，并正以高速向前迈进。在不久的将来，我们将看到一个充满虚拟性的新时代。在这个虚拟时代，人们的工作和生活方式都会极大地改变，那时我们将进行虚拟旅行，读虚拟大学，在虚拟办公室里工作，进行虚拟的驾车测试等。关键词：计算机网络，网络技术，发展阶段，应用领域，高速网络技术1计算机网络的发展网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术，它把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作，使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。当前的互联网只限于信息共享，网络则被认为是互联网发展的第三阶段。计算机网络近年来获得了飞速的发展。20年前，在我国很少有人接触过网络。现在，计算机通信网络以及Internet已成为我们社会结构的一个基本组成部分。网络被应用于工商业的各个方面，包括电子银行、电子商务、现代化的企业管理、信息服务业等都以计算机网络系统为基础。从学校远程教育到政府日常办公乃至现在的电子社区，很多方面都离不开网络技术。可以不夸张地说，网络在当今世界无处不在。1.1计算机网络发展的阶段划分在20世纪50年代中期，美国的半自动地面防空系(Semi-AutomaticGroundEnvironment,SAGE)开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试，在SAGE系统中把远程距离的雷达和其他测控设备的信息经由线路汇集至一台IBM计算机上进行集中处理与控制。世界上公认的、最成功的第一个远程计算机网络是在1969年，由美国高级研究计划署(AdvancedResearchProjectsAgency,ARPA)组织研制成功的。该网络称为ARPANET，它就是现在Interent的前身。随着计算机网络技术的蓬勃发展，计算机网络的发展大致可划分为4个阶段。第一阶段：诞生阶段20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机定票系统。终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘，无CPU和内存。随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机（FEP）。当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”，但这样的通信系统已具备了网络的雏形。第二阶段：形成阶段20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET。主机之间不是直接用线路相连，而是由接口报文处理机（IMP）转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成了资源子网。这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。第三阶段：互联互通阶段20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。ARPANET兴起后，计算机网络发展迅猛，各大计算机公司相第2页继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品。由于没有统一的标准，不同厂商的产品之间互联很困难，人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境，这样应运而生了两种国际通用的最重要的体系结构，即TCP/IP体系结构和国际标准化组织的OSI体系结构。第四阶段：高速网络技术阶段20世纪90年代末至今的第四代计算机网络，由于局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，多媒体网络，智能网络，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。2网络技术的应用领域网络技术的应用领域很广，主要有以下几方面。分布式超级计算分布式超级计算将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用网络中间件软件“粘合”起来，形成比单台超级计算机强大得多的计算平台。分布式仪器系统分布式仪器系统使用网络管理分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备的手段，提高仪器的利用率，方便用户的使用。数据密集型计算并行计算技术往往是由一些计算密集型应用推动的，特别是一些带有巨大挑战性质的应用，大大促进了对高性能并行体系结构、编程环境、大规模可视化等领域的研究。数据密集型计算的应用比计算密集型的应用多得多，它对应的数据网络更侧重于数据的存储、传输和处理，计算网络则更侧重于计算能力的提高。在这个领域独占鳌头的项目是欧洲核子中心开展的数据网络（DataGrid）项目，其目标是处理2005年建成的大型强子对撞机源源不断产生的PB/s量级实验数据。远程沉浸这是一种特殊的网络化虚拟现实环境。它是对现实或历史的逼真反映，对高性能计算结果或数据库可视化。“沉浸”是指人可以完全融入其中：各地的参与者通过网络聚集在同一个虚拟空间里，既可以随意漫游，又可以相互沟通，还可以与虚拟环境交互，使之发生改变。信息集成网络最初是以集成异构计算平台的身份出现，接着进入分布式海量数据处理领域。信息网络通过统一的信息交换架构和大量的中间件，向用户提供“信息随手可得”式的服务。网络信息集成将更多应用在商业上，分布在世界各地的应用程序和各种信息通过网络能进行无缝融合和沟通，从而形成崭新的商业机会。信息集成如信息网络、服务网络、知识网络等，是近几年网络流行起来的应用方向。2002年，Globus联盟和IBM在全球网络论坛上发布了开放性网络服务架构及其详细规范，把Globus标准与支持商用的万维网服务标准结合起来。2004年，Globus联盟、IBM和惠普（HP）等又联合发布了新的网络标准草案，把开放性网络服务架构详细规范I转换成6个用于扩展万维网服务的规范，网络服务已与万维网服务彻底融为一体，标志着网络商用化时代的来临。网络技术的发展，标准是关键。就像TCP/IP协议是因特网的核心一样，构建网络计算也需要对核心——标准协议和服务进行定义。除了标准以外，安全和可管理性、人才的缺乏也是网络计算亟待解决的一个问题，否则它将无法成为企业的商业架构。在真正实现商业应用之前，还需要解决许多问题。即便如此，构建全球网络的前景仍是无法抗拒的。3高速网络技术及其发展前景计算机网络技术极大地推动了计算机技术的发展，同时信息社会的发展对计算机网络提出了新的要求，特别是信息高速公路的建设，对在迅速发展的计算机网络技术起了重要作用。计算机网络的重要发展方向是高速计算机网络技术，主要包括光纤分布数字接口（FDDI），异步转移模式（ATM），IP技术，千兆比以太网等技术。ATM网因具有可靠性的服务质量(QoS)保证、低延时、能够为不同的传输提供不同的服务等优越特性,被视为未来通信技术的发展方向;IP作为世界上最成熟、最先进的Internet网络层协议和重要的技术基础,它代表了无连接通信方式的本质特征,其应用日趋深入和广泛,特别是随着千兆位以太网技术的第3页出现,导致了高速联网技术阵营的大分裂,由于世界上大部分的用户采用的是以太网技术;而千兆位以太网保留了与10M以太网相同的802.3帧格式,没有对信息传输格式作任何变动,网络升级方案较其他技术在投资和性能上要平滑得多.3.1FDDI技术FDDI（FiberDistributedDataInterface）是80年代随网络技术和光电子技术发展起来的网络接口技术，其传输速率可达100MPS，体系结构包括物理介质子层（PMD），物理协议子层（PHY），介质访问控制（MAC），层管理（LMT）四个部分，如图1所示。由于双环结构和链路监控技术的采用，所以具有其强的容错能力，支持双绞线，单模及多模光纤等传输介质，所以FDDI技术在网络工程骨干网得到了很大的应用。但是由于FDDI采用分组交换技术，链路层协议复杂分组信息经过网络的时延起伏很大，在重负载下，特别在流量超过60MPS时，时延急剧增加。目前FDDI技术还存在许多问题，如：它是一种共享带宽网络，其网络的协议比较的复杂，安装和管理相当困难，有可能存在被价格较廉价的快速以太网取代，现在主要应用于后端局域网，高速办公室网，主干局域网。3.2ATM技术（AsynchronousTransferMode）自从20世纪80年代以来，跨越于LAN的互联越来越多，同时人们对可视图文，视频电话，视频会议，图象传输等通信业务需求急增，最终导致了B-ISDN（宽带综合服务数字网）标准的问世，而B-ISDN服务要求有高速通道传输数字化的声音，数据，视频及多媒体信息，ATM（异步传递方式）技术支持B-ISDN服务的一种多工交换服务技术。ATM技术是以分组传送模式为基础，综合了分组交换和电路交换的优点发展而成的，它可以满足各种通信业务的需求。其实质是一种高速分组传送模式，它将话音、数据和通信业务的信息分解成固定长度（48字节）的数据块，并在个数据块前装配地址、丢失优先级、流量控制和HEC差错控制信息等构成的一个信元头（5字节），形成53字节的信元。它采用异步时分复用的方式将来自不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队，队列中的信元逐个输出到传输线路上，信元的信头中含有VPI/VCI（虚通道标识符/虚信道标识符）作为地址标志，网络根据信头中的标志来转移信元.ATM是一种特殊的分组型传递方式，它建立在异步时分复用的基础上，并采用固定长度的信元，当用户希望通过ATM网络传输数据是，首先通过信令向目的站提出建立虚连接的请求，同时给出该连接需要的Aos参数，如此要求能够满足，则建立连接，发送端得到一个VPI/VCI，此时发送端就可以通过这条虚连接将数据发送给接收端，当数据经过ATM交换机时，要进行VP，VC交换，这时，信元头中的VPI，VCI被赋予新值，数据传输结束后，虚连接被拆除。3.3IP技术IP技术是InternetProtocol的简称,其主要功能有：无连接数据报传送、数据报路由选择671和差错控制.IP协议提供主机间不可靠、无连接数据传送;IP协议具有其它通信协议所没有的突出优点,一是IP为一种网络互连协议,容易实现异构网络的互连;二是IP采用无连接技术,适于电子邮件、信息检索等非实时短报文通信;三是具有统一的寻址体系,网络可扩展性强;四是IP协议采用独立服务的模块化结构,可以支持多种不同应用,业务扩充便利。但是IP技术也有一些不尽如人意的地方，目前IP技术面临的主要问题是地址空间、服务质量和网络安全问题。其中归根到底是IP技术的控制和管理问题。就IP技术本身而言，目前IPv4的许多问题都可以通过IPv6解决，所以IPv6是一个发展方向,而至于IP地址空间，它们也可以采用地址翻译、动态IP地址等手段进行缓解。而影响IP技术发展的重要因素之一是移动互联网。IP技术在骨干网已经开始占据重要地位，现在的问题是，IP技术希望进入无线领域，提出全IP网的概念。但问题是IP还是不能保证服务质量，虽然统计服务质量的概念可以改善QoS，但是对无线互联网而言，由于带宽和内容的苛求，使他们对QoS的要求可能会更高。3.4千兆位以太网第4页千兆位以太网是在10Mb/s或100Mb/s以太网的基础上发展起来的，不仅使系统增加了带宽，同时还带来了服务质量的功能，千兆位以太网提供全双工或半双工工作模式,在半双工的情况下,千兆位以太网继续采用CS-MA/CD(具有避免冲突的载波侦听多路存取)存取协议.它具有优越的性能价格比，同时千兆位以太网保留了802.3和以太网标准,用户能够在保留现有应用程序、操作系统、IP,IPX及AppleTalk等协议以及网络管理平台与工具的同时,方便地升级至千兆位以太网，还易于与已有网络以及已