1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，發(fā)展至今已無(wú)處不在，它給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，提供了網(wǎng)上學(xué)習(xí)、交友、購(gòu)物、娛樂(lè)、即時(shí)通信等服務(wù)，全面影響了人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。

1.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，1835年莫爾斯發(fā)明了電報(bào)，1876年貝爾發(fā)明了電話(huà)，隨著德國(guó)物理學(xué)家海因里?！?shù)婪颉ず掌潱℉einrich Rudolf Hertz）在1888年發(fā)現(xiàn)了電磁波后，無(wú)線(xiàn)電技術(shù)得到了發(fā)展，從此開(kāi)辟了近代通信技術(shù)發(fā)展的歷史。20世紀(jì)50年代，隨著通信理論的建立，逐步實(shí)現(xiàn)了電話(huà)系統(tǒng)、通信衛(wèi)星以及彩色電視。

計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以追溯到1642年法國(guó)哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家帕斯卡（Blaise Pascal）發(fā)明的世界上第一臺(tái)加減法計(jì)算機(jī)。其后，1833年，英國(guó)科學(xué)家巴貝奇（Charles Babbage）提出了制造自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的設(shè)想，他所設(shè)計(jì)的分析機(jī)，引進(jìn)了程序控制的概念。盡管由于當(dāng)時(shí)技術(shù)上和工藝上的局限性，這種機(jī)器未能完成制造，但它的設(shè)計(jì)思想，可以說(shuō)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的雛形。1925年，美國(guó)麻省理工學(xué)院由布什（Vannever Bush）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組制造了第一臺(tái)機(jī)械模擬式計(jì)算機(jī)，1942年，又制造出采用繼電器、速度更快的模擬式計(jì)算機(jī)。1944年，艾肯（Howard Aiken）在美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司（IBM）的贊助下領(lǐng)導(dǎo)研制成功了世界上第一臺(tái)數(shù)字式自動(dòng)計(jì)算機(jī)Mark I，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年巴貝奇的設(shè)想。而真正意義上的電子計(jì)算機(jī)是1946年2月15日在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的ENIAC，它是世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。ENIAC奠定了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義，它的問(wèn)世標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。ENIAC誕生后，數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了重大的改進(jìn)理論，不僅奠定了今天的馮·諾依曼機(jī)基礎(chǔ)，也使計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合和發(fā)展，滿(mǎn)足了人們對(duì)快速信息獲取、處理以及傳播的需求，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是信息社會(huì)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，并將構(gòu)筑成人類(lèi)社會(huì)的信息高速公路。

1.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展，由初期到成熟可以分為4個(gè)階段。

1.主機(jī)帶終端形式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（20世紀(jì)50年代）

20世紀(jì)50年代初期，人們首次嘗試將計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，形成了第一代以主機(jī)為中心攜帶多個(gè)終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系，稱(chēng)為以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。它是以一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的處理中心，多臺(tái)終端通過(guò)通信線(xiàn)路將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)上處理，再利用通信線(xiàn)路將處理后的信息傳送到對(duì)應(yīng)的終端。主機(jī)帶終端的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)如圖1-1所示。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般采用集中化處理，中心的中央計(jì)算機(jī)需要處理所有終端信息，負(fù)載量十分龐大，處理速度較慢。終端只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，所有終端處理數(shù)據(jù)均依賴(lài)于同一臺(tái)中央主機(jī)，一旦中央主機(jī)出現(xiàn)故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)處于癱瘓狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定性較低。

2.基于通信網(wǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（20世紀(jì)60年代中期—70年代中期）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，出現(xiàn)了分組交換技術(shù)，利用分組交換機(jī)制組建的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為基于通信網(wǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。分組交換網(wǎng)為中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1-2所示。分組交換采用的是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，利用動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。分組交換網(wǎng)由若干節(jié)點(diǎn)交換機(jī)和節(jié)點(diǎn)間的鏈路組成，交換機(jī)與主機(jī)功能不同。網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)是用戶(hù)用來(lái)處理信息的，而分組交換網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)交換機(jī)則用來(lái)實(shí)現(xiàn)分組交換。

3.標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（20世紀(jì)70年代中期—90年代初期）

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的日趨成熟，各計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠商為了使計(jì)算機(jī)產(chǎn)品得到更好的推廣，紛紛基于自家產(chǎn)品制定了一系列網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如1974年，IBM公司為自己生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)制定了一套完整的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)化概念SNA標(biāo)準(zhǔn)。DEC公司也發(fā)布了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（DNA）等。不同的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家紛紛發(fā)布了各自的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，易于自家計(jì)算機(jī)設(shè)備連成網(wǎng)絡(luò)。為了使不同公司生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)可以全部互連成網(wǎng)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1978年提出了“異種機(jī)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)”的框架結(jié)構(gòu)，即開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）。所有聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，就可以和同樣采用該標(biāo)準(zhǔn)的任何計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。其后各廠家都采用了這一標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。

20世紀(jì)80年代，隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和推廣，企業(yè)內(nèi)微型計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備的互連也得到了發(fā)展，由此帶動(dòng)了局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及。1980年，IEEE 802委員會(huì)制定了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了局域網(wǎng)趨向成熟。

4.以Internet為代表的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（20世紀(jì)90年代起）

20世紀(jì)90年代起，以Internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到了快速發(fā)展，無(wú)論在科學(xué)、軍事、經(jīng)濟(jì)、文化和社會(huì)發(fā)展的任何領(lǐng)域都占據(jù)了重要地位。Internet中的信息來(lái)源于各行各業(yè)，如醫(yī)療、交通、文學(xué)教育、商業(yè)、金融行業(yè)、政府等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)安全為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全提供保障。同時(shí)，Internet逐漸滲透到人們的日常生活中，利用Internet可以進(jìn)行聊天、收發(fā)郵件、學(xué)習(xí)或詢(xún)問(wèn)消息等。隨著Internet的廣泛應(yīng)用和高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)多媒體計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等成為新的網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)話(huà)題。互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-3所示。

1.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)

1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在不同發(fā)展階段有著不同的定義。目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義可以分為廣義觀點(diǎn)、資源共享觀點(diǎn)以及用戶(hù)透明觀點(diǎn)。

（1）廣義觀點(diǎn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣義定義是指將地理位置不同的、具有獨(dú)立工作能力的計(jì)算機(jī)、終端以及所需的通信設(shè)備利用通信線(xiàn)路連接起來(lái)的系統(tǒng)的集合，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范下用以實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

（2）資源共享觀點(diǎn)

資源共享觀點(diǎn)是現(xiàn)階段較為準(zhǔn)確地對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義的描述。資源共享觀點(diǎn)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為以資源共享為目的，自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互相連接在一起的集合。

從資源共享觀點(diǎn)來(lái)看可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要特征概括為以下幾點(diǎn)。

● 網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)的計(jì)算機(jī)分布在不同地理位置，并且這些計(jì)算機(jī)具有獨(dú)立的功能，網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)沒(méi)有主從關(guān)系，這些計(jì)算機(jī)既可以單獨(dú)完成各自的工作，也可以聯(lián)網(wǎng)合作完成工作。

● 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸需要遵守共同的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)十分龐大，如果沒(méi)有共同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行約束、規(guī)范，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間有條不紊的數(shù)據(jù)交換。

● 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立的目的是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的資源共享。計(jì)算機(jī)資源不僅包括數(shù)據(jù)資源，還包括網(wǎng)絡(luò)中的硬件、軟件。網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)軟硬件資源的共享，使資源利用率達(dá)到最大化。同時(shí)計(jì)算機(jī)還可以在網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同完成某項(xiàng)任務(wù)。

（3）用戶(hù)透明觀點(diǎn)

用戶(hù)透明觀點(diǎn)描述了一種分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)分布式系統(tǒng)），是一種可以為用戶(hù)自動(dòng)統(tǒng)一管理資源的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，利用該操作系統(tǒng)完成用戶(hù)對(duì)所需資源的調(diào)用，而這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是“透明的”。它基于以上兩種對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的描述，又區(qū)別于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義。具體來(lái)說(shuō)，這一觀點(diǎn)下的分布式系統(tǒng)一般建立在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，其物理結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于：分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想不同，其工作方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署也不同。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而分布式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)模式。

以上從不同角度對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了描述，其中資源共享觀點(diǎn)下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義仍然是現(xiàn)階段對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最為準(zhǔn)確的特征描述。

資源共享是現(xiàn)階段對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)較為準(zhǔn)確的描述，協(xié)作計(jì)算是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的目標(biāo)。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要有資源共享、數(shù)據(jù)通信、集中管理、分布式網(wǎng)絡(luò)處理、負(fù)載均衡、提高系統(tǒng)可靠性和人工智能等。

（1）資源共享

資源共享是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最突出的特點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)可以共享網(wǎng)絡(luò)中的各種硬件、軟件資源，實(shí)現(xiàn)了資源的無(wú)地域共享，用戶(hù)之間可以分工合作，共同完成一項(xiàng)工作，這樣有利于提高系統(tǒng)資源的利用率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)共享（如工作站，中、小型機(jī)）、外部設(shè)備共享（如繪圖儀、打印機(jī)、掃描儀）。同時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了軟件、數(shù)據(jù)等信息的共享，以此提高資源的利用率，減少重復(fù)資源的投資，節(jié)約成本。

（2）數(shù)據(jù)通信

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信功能可以滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)與終端之間或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間各種信息的傳送。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的這一特點(diǎn)克服了計(jì)算機(jī)通信時(shí)的地域限制，拉近了用戶(hù)之間的距離，分布于不同地理位置的公司各個(gè)部門(mén)或者是不同單位也可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的集中管理。同時(shí)，在日常生活中，人們可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互間的遠(yuǎn)距離聯(lián)絡(luò)，可以交換信息和文件，發(fā)送和接收郵件，甚至可以遠(yuǎn)距離完成協(xié)同作業(yè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的這一特點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的通信手段（如發(fā)電報(bào)、打電話(huà)、傳真、寫(xiě)信），不僅提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能，還為人們的生活帶來(lái)了便利。

（3）集中管理

在沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)的條件下，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都是一個(gè)“信息孤島”。在管理這些計(jì)算機(jī)時(shí)，必須分別管理。而計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，可以在某個(gè)中心位置實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理，如數(shù)據(jù)庫(kù)情報(bào)檢索系統(tǒng)、交通運(yùn)輸部門(mén)的訂票系統(tǒng)和軍事指揮系統(tǒng)等。

（4）分布式網(wǎng)絡(luò)處理

對(duì)于大型的任務(wù)或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)計(jì)算機(jī)的任務(wù)負(fù)荷太重時(shí)，可將要處理的任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，或由網(wǎng)絡(luò)中比較空閑的計(jì)算機(jī)分擔(dān)負(fù)荷，而不是集中在一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)上，不僅可以降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且還可以大大提高工作效率和降低成本。

（5）負(fù)載均衡

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)計(jì)算機(jī)的任務(wù)負(fù)荷太重時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的控制和管理，將任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中的其他較空閑的計(jì)算機(jī)中，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)共同完成，實(shí)現(xiàn)均衡負(fù)載，從而提高了每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可用性。

（6）提高系統(tǒng)可靠性

在一些用于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和要求高可靠性的場(chǎng)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)備份技術(shù)可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。如網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互成為后備機(jī)，一旦某臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，它的任務(wù)就可由其他的計(jì)算機(jī)代為完成，這樣可以避免在單機(jī)情況下，一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障引起整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

（7）人工智能

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也在朝著智能化方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的資源管理實(shí)現(xiàn)了智能化管理。例如，可以采用模糊技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的挖掘，自動(dòng)對(duì)信息過(guò)濾處理、安排日程等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠智能地篩選出垃圾郵件，為用戶(hù)進(jìn)行信息的分類(lèi)處理。從安全角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的這一特點(diǎn)能夠時(shí)刻進(jìn)行入侵檢測(cè)，保證系統(tǒng)的安全。并且，人工智能的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)展現(xiàn)了其學(xué)習(xí)與記憶功能的強(qiáng)大。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的人工智能特性使其實(shí)現(xiàn)了更加智能化的系統(tǒng)管理。

人工智能使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能化。它不是人的智能，卻能像人那樣思考，也可能超過(guò)人的智能。