1.1 计算机网络的形成、发展及定义

1.1.1 计算机网络的形成

20世纪60年代中期，美国军方的通信主要依靠电话交换网。尽管当时的电话交换系统已经较为成熟且建设范围很大，但是电话交换网是相当“脆弱”的，只要电话交换系统中有一个通信设备（如交换机）或一条链路发生故障，就有可能导致整个通信中断。如果要立即改用其他链路进行通信，那么必须重新拨号建立连接，这会花费一些时间。为了解决这个问题，美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）开始着手研究新的通信网络系统，要求当部分通信设备或链路发生故障时，新的通信网络系统能够自动切换到正常工作的通信设备或链路，以保证继续进行通信。1967年，美国国防部高级研究计划局提出阿帕网（Advanced Research Projects Agency Network，ARPANet）研究计划，要求ARPANet能连接不同型号的计算机，且必须满足只需要部分通信设备或链路便可完成通信的条件，以保证数据传输的可靠性。

1969 年，美国国防部创建的第一个分组交换网——ARPANet 开始运行。该网络虽然只包含4个节点，但证明了分组交换理论的正确性。ARPANet标志着计算机网络时代的到来，对计算机网络技术的发展起到了奠基作用。

1.1.2 计算机网络的发展

追溯计算机网络的发展历史可以发现，它的演变可概括地分成以下4个阶段。

阶段1：从20世纪50年代中期开始，以单个计算机为中心的远程联机系统构成了面向终端的网络，这种网络被称为第一代计算机网络。这个阶段的计算机网络主要是美国军方于1954年推出的半自动地面防空系统（Semi-Automatic Ground Environment，SAGE），其将远程雷达和其他信息设备通过链路与一台中心计算机连接起来，进行防空信息处理与控制。严格来说，该阶段的终端没有独立处理数据的能力，因此，该阶段的计算机网络还不是真正的计算机网络。

阶段2：从20世纪60年代中期开始，计算机网络进行主机互联，多个独立的计算机通过链路互联构成计算机网络，但没有网络操作系统，只有通信网。20 世纪 60年代后期出现的ARPANet被称为第二代计算机网络。

阶段 3：在20 世纪70～80 年代中期，以太网产生了。国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）制定了网络互联模型——开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）参考模型，至此世界上有了统一的网络体系结构。遵循国际标准化协议的计算机网络得到迅速发展，这一阶段的计算机网络被称为第三代计算机网络。此时，公用数据网络与局域网技术也得到了迅速发展。

阶段4：从20世纪90年代中期开始，计算机网络向综合化、高速化发展，出现了多媒体智能化网络。这个阶段的计算机网络已经发展到第四代——以千兆位传输速率为主的多媒体智能化网络。这时，局域网技术也已发展成熟。

1983年，ARPAnet分为两部分：一部分为军用，被称为军用网络（Military Network，MILNet）；另一部分为民用，仍被称为ARPAnet。1991年，美国允许在互联网上开展商业活动，商业应用使互联网的发展更加迅猛。1995 年 4 月，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）与美国世界通信公司（WorldCom）开始合作建设主干网，该主干网可以连接超级计算中心美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）、美国国家超级计算应用中心（National Center for Supercomputer Applications，NCSA）、圣地亚哥超级计算机中心（San Diego Supercomputer Center，SDSC）、中国电信集团有限公司。由于主干网的传输速率得到大幅提高，因此新的主干网被用来代替原有的国家科学基金网（National Science Foundation Network，NSFNet），促进了互联网的形成。随着用户数量的不断增加、网络规模的不断扩大、网络技术的迅猛发展，互联网几乎深入到社会的各个角落，影响着人们的生活。ARPANet到互联网的发展过程如图1-1所示。

1.1.3 计算机网络的定义

计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备通过链路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。计算机系统是指按照人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机网络主要具有以下特点。

（1）联网计算机系统之间是相互独立的自治系统。系统中的每台计算机有自主功能，其中，自主功能指计算机脱离计算机系统后仍能独立地运行。

（2）联网的计算机之间必须遵循规定好的约定和规则，即网络通信协议，以使计算机之间的数据传输不出错。这些通信规则可以由国际组织制定并发布，也可以由设备厂商进行制定。

（3）组建计算机网络是为了实现资源共享和信息传递。计算机资源主要指计算机的软/硬件设备资源和数据资源，网络用户可以通过网络远程访问计算机的资源。不同的计算机资源、网络用户之间的连接方式及服务类型形成了不同的网络结构和网络系统。图1-2展示了一个简单的网络。