计算机网络

求是1025 2023-04-12 发布于山东

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学科发展过程

1969年美国国防部的国防高级研究计划局（DARPA）的美国学者L.罗伯茨^[注]（Larry Roberts，1937-12-21～　　）建立了全世界第一个分组交换网（ARPA网）。这是一个只有4个结点的存储转发方式的分组交换广域网。1972年在首届国际计算机通信会议（ICCC）上首次公开展示了ARPA网的远程分组交换技术。分组交换将要传送的报文分成许多有统一格式的组，以此为基本单元，一一地进行存储转发的传输。分组交换具有线路利用率高、可进行数据速率的转换、不易引起堵塞和具有优先权使用等优点，广泛用于计算机网络。1976年国际电报电话咨询委员会（CCITT）制定用于公用分组交换网的协议标准X.25，推动了公用分组交换网的发展。

为了解决不同厂商的计算机网不能互连的问题，国际标准化组织（ISO）于1978年提出开放系统互连参考模型，即OSI网络体系结构，以推动网络标准化。1976年美国施乐（Xerox）公司开发基于载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）原理的并用同轴电缆连接多台计算机的局域网——以太网。以太网是使用最广泛的局域网。1983年美国学者V.G.瑟夫^[注]（Vinton G.Cerf，1943-06-23～　　）和美国学者R.E.卡恩^[注]（Robert Elliot Kahn，1938-12-13～　　）在ARPA网上开发了第三代网络协议TCP/IP协议软件。TCP/IP协议的广泛采用是计算机网络迅速发展的重要原因之一，从而产生了当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的网络，即互联网（因特网）。互联网的发展经历了3个阶段：从1969年ARPA网的诞生至1983年，是研究试验阶段；从1983年至1994年是互联网的实用阶段，在美国和一部分发达国家的大学和研究部门中得到广泛应用，是作为教学、科研和通信的学术网络；1994年以后进入商业化阶段。在政府部门、商业企业以及个人家庭等领域得到广泛使用，全世界绝大部分国家也都纷纷接入。互联网对信息技术的发展、信息市场的开拓和社会信息化的形成起着重要的作用。

此外，Wi-Fi、WiMax、3G、4G等无线网络和通信技术的发展，促进了互联网与无线移动通信的融合，使得人们可以通过随身携带的移动终端随时随地乃至在移动过程中获取互联网服务，从而实现“无处不在”的网络，并带动了电子商务、网络视频、社交网站等互联网应用的繁荣。射频识别（RFID）、传感器网络等技术的兴起，为智慧城市、智慧交通等应用提供了技术支撑。同时，这些应用在安全性、移动性、普适性等方面的需求也驱动着计算机网络技术的进一步发展，需要在互联网、物联网、传感网等基础设施之上，深度融合社会资源（人）、信息资源（机）和物理资源（物），形成超信息网络，实现人-机-物的互联。

经过半个多世纪的发展与演化，特别是从20世纪90年代以后，以互联网为代表的计算机网络得到了飞速的发展，已成为全球范围内真正意义上的信息共享与交互开放平台，深刻而立体化地改变了或者正在改变着人类社会政治、经济、军事、日常工作和生活的方方面面，变革了诸多领域的传统思维模式，加速了全球信息革命的进程，为促进人类知识进步和创新活动孕育了前所未有的机遇。

主要代表人物

美国学者L.罗伯茨（Larry Roberts，1937-12-21～　　）是ARPA网的创造者。美国学者V.G.瑟夫（Vinton G.Cerf，1943-06-23～　　）和美国学者R.E.卡恩（Robert Elliot Kahn，1938-12-13～　　）是TCP/IP协议的发明者。英国学者T.-B.李（Tim Berners-Lee，1955-06-08～）是万维网的发明者。

基本内容

计算机网络涉及网络体系结构、网络协议、网络资源管理与共享、网络服务质量、网络安全、移动网络、传感器网络、社会网络等方面的内容。①网络体系结构。由计算机之间相互通信的层次、各层中的协议和层次之间接口构成的三元组。除了传统互联网采用的TCP/IP体系结构，人们也开始探索未来互联网的体系结构，包括以内容为中心的网络、双结构互联网等。同时，软件定义网络、数据中心网络等新技术也推动着网络体系结构的发展。②网络协议。计算机网络和分布式系统中相互通信的对等实体间交换信息所必须遵守的规则的集合。按网络层次划分，包括链路层协议、网络层协议、传输层协议、应用层协议等。③网络资源管理与共享。对网络资源进行统一规划、部署、集成和管理，从而实现资源的有效共享和各类应用的协同融合，为此产生了网格计算、服务计算、内容分发网络、云计算等新兴技术。④网络服务质量。根据用户的业务需求，保障丢包、时延、抖动以及带宽等方面的性能指标，主要包括资源预留、区分服务等技术。⑤网络安全。在分布式计算环境中，对信息的传输、存储、访问提供安全保护，防止信息被窃取、篡改和非法操作。网络安全的3个基本要素是保密性、完整性和可用性服务，在分布网络环境下还应提供鉴别、访问控制和抗否认等服务。完整的信息安全保障体系应包括保护、检测、响应、恢复4个方面。常用的安全防范技术包括身份鉴别、访问控制、完整性控制、密码技术、防火墙系统、计算机防病毒保护、审计和恢复、操作系统安全、数据库系统安全等。⑥移动网络。随着无线移动通信技术的发展和智能手机、平板电脑等移动便携终端的普及，由Wi-Fi、4G等多种技术构成的异构无线网络可为用户提供无处不在的互联网接入，同时也催生了移动搜索、移动视频、移动支付等大量的移动互联网应用。⑦传感器网络。由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络系统，是物联网的重要组成部分。随着移动终端和传感器技术的发展，移动终端集成了越来越多的传感器，从而拥有了越来越强的计算和感知能力，出现了群智感知计算，利用大量终端的协作来完成大规模、复杂的感知任务；同时，为了解决移动终端能源耗竭的问题，不依赖于终端自身电源设备的无源感知技术面临着前所未有的机遇。⑧社会网络。美国脸书（Facebook）公司、美国推特（Twitter）公司、人人网、新浪微博、腾讯微信等社交平台在互联网上迅速发展，在增强人与人之间交流的同时，正改变着人们的生活、学习与工作方式。通过这些互联网应用，用户连接成一个庞大的社会网络。透过社会网络，人们可以发现并挖掘其中的社区、分析用户行为，以及探究其信息传播机制。

意义影响及发展方向

在信息化高速发展的背景之下，计算机网络定会迅速发展，从而最终实现提供人与人、人与物、物与物之间更为及时便捷的信息交互手段，并不断加深交互的广度和深度。同时，计算机网络自身也将不断演进或变革，逐渐融合或吸纳新理念、新概念、新思想、新设计和新技术，支撑新计算模式的推广与发展，满足业务发展的技术需求，推动信息技术进步，促进经济发展，变革社会，惠及人们日常生活。

随着云计算、大数据、物联网、人工智能、量子计算等新兴技术的迅猛发展，带动了智慧城市、智能制造、智慧交通等网络应用的繁荣。同时，这些应用在安全、数据、智能等方面的需求也驱动着计算机网络技术的进一步发展，不仅仅局限于人与人、机与机、物与物的网络互联技术的发展，更着重于实现“人机物”融合的网络空间。“人机物”融合的网络空间是一种包含互联网、通信网、物联网、工控网等信息基础设施, 并深度融合人、机和物而形成的动态虚拟空间。

网络空间技术的发展呈现出大融合、大数据、智能化和虚拟化四个特征：互联网与人类社会、物理世界不断交叉和渗透，网络实体之间深度关联，形成泛在化的统一体；随着互联网、传感器等技术融合应用于工业、农业等行业，每时每刻都在产生领域大数据，需要网络空间来承载大数据的传输、存储、计算与分析等需求；随着人们需求的提高以及网络空间变得越来越复杂，智能的网络资源配置、设计与优化更为迫切，未来网络将具备高级智能，且能为AI发展提供支撑；此外，“人机物”网络实体的虚拟化使得网络形态从有形化无形，连通“人机物”线下线上世界。