計算機導(dǎo)論論文.doc

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宜春學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院 論 文 課程名稱 計算機導(dǎo)論 班 級 16計科（1）班 姓 名 熊 敏 學(xué) 號 16050506133 學(xué) 期 2016～2017（1） 計算機與網(wǎng)絡(luò)的不解之緣 摘要：當代社會逐漸成為具有高度的相互依賴的巨大網(wǎng)絡(luò)時，我們所生活的世界無法不變成一個被計算機網(wǎng)絡(luò)緊密連接起來的世界。而我們作為這個世界的一份子有必要去了解計算機網(wǎng)絡(luò)的一些基礎(chǔ)，比如它的發(fā)展、結(jié)構(gòu)和未來等等，以便更好地去了解這個世界。 關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)； 計算機；結(jié)構(gòu)；計算機網(wǎng)絡(luò)； 通信； 隨著人類技術(shù)的發(fā)展，世界也變得越來越智能化。上世紀50年代的時間科學(xué)家們干了一件驚天地泣鬼神的大事情——第一臺電子計算機在美國賓夕法尼亞大學(xué)投入運行。再此之后計算機就被以極速的方式開始推廣使用，但在這一段時間內(nèi)計算機也有著停滯的一段時間。由于計算機的共能不夠完善技術(shù)還不夠純熟，是的計算機沒能夠發(fā)揮它最大的能力。然而，在上世紀80年代初網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，而此時的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)又相對純熟，這就為計算機的發(fā)展提供了一個至關(guān)重要的技術(shù)支持。然而，網(wǎng)絡(luò)到底在計算機中起著一個什么樣的作用和有著怎樣的重要性，又是怎樣與計算機結(jié)合的呢？ 一、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是從1990年代中期發(fā)展起來的新技術(shù)，它把互聯(lián)網(wǎng)上分散的資源融為有機整體，實現(xiàn)資源的全面共享和有機協(xié)作，使人們能夠透明地使用資源的整體能力并按需獲取信息。資源包括高性能計算機、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源、大型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等。 當前的互聯(lián)網(wǎng)只限于信息共享，網(wǎng)絡(luò)則被認為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第三階段。網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)造地區(qū)性的網(wǎng)絡(luò)、企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，甚至家庭網(wǎng)絡(luò)和個人網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的根本特征并不一定是它的規(guī)模，而是資源共享，消除資源孤島。網(wǎng)絡(luò)起源于美國的五角大樓，它的前身是美國防部高級研究計劃局（ARPA）主持研制的ARPAent。 20世紀50年代末，正處于冷戰(zhàn)時期。當時美國軍方為了自己的計算機網(wǎng)絡(luò)在受到襲擊時，即使部分網(wǎng)絡(luò)被摧毀，其余部分仍能保持通信聯(lián)系，便由美國國防部的高級研究計劃局（ARPA）建設(shè)了一個軍用網(wǎng)，叫做“阿帕網(wǎng)”（ARPAnet）。阿帕網(wǎng)于1969年正式啟用，當時僅連接了4臺計算機，供科學(xué)家們進行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗用，這就是因特網(wǎng)的前身。到70年代，ARPAnet已經(jīng)有了好幾十個計算機網(wǎng)絡(luò)，但是每個網(wǎng)絡(luò)只能在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計算機之間互聯(lián)通信，不同計算機網(wǎng)絡(luò)之間仍然不能互通。為此， ARPA又設(shè)立了新的研究項目，支持學(xué)術(shù)界和工業(yè)界進行有關(guān)的研究，研究的主要內(nèi)容就是想用一種新的方法將不同的計算機局域網(wǎng)互聯(lián)，形成“互聯(lián)網(wǎng)”。研究人員稱之為“internetwork”，簡稱“Internet”，這個名詞就一直沿用到現(xiàn)在。 在研究實現(xiàn)互聯(lián)的過程中，計算機軟件起了主要的作用。1974年，出現(xiàn)了連接分組網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，其中就包括了TCP/IP——著名的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議IP和傳輸控制協(xié)議TCP。這兩個協(xié)議相互配合，其中，IP是基本的通信協(xié)議，TCP是幫助IP實現(xiàn)可靠傳輸?shù)膮f(xié)議。TCP/IP有一個非常重要的特點，就是開放性，即TCP/IP的規(guī)范和Internet的技術(shù)都是公開的。目的就是使任何廠家生產(chǎn)的計算機都能相互通信，使Internet成為一個開放的系統(tǒng)，這正是后來Internet得到飛速發(fā)展的重要原因。[1][5] 二、計算機網(wǎng)絡(luò)的興起 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大致可以分為以下幾點： （1） 上世紀50年代以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)，構(gòu)成面向終端的計算機通信網(wǎng)； （2） 上世紀60年代多個自主功能的主機通過通信線路互聯(lián)，形成資源共享的計算機網(wǎng)絡(luò)； （3） 上世紀70年代形成具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、遵循國際標準化協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)； （4） 在上世紀80末期開始的向互連、高速、智能化方向發(fā)展的計算機網(wǎng)絡(luò)。 1、 面向終端計算機通信網(wǎng) 1946年世界上第一臺電子計算機ENIAC在美國誕生時，計算機技術(shù)與通信技術(shù)并沒有直接的聯(lián)系。20世紀50年代初，美國為了自身的安全，在美國本土北部和加拿大境內(nèi)，建立了一個半自動地面防空系統(tǒng)SAGE（譯成中文為賽其系統(tǒng)），進行了計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試。人們把這種以單個計算機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)稱做面向終端的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。該系統(tǒng)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合而形成的計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形，因此也稱為面向終端的計算機通信網(wǎng)。60年代初美國航空訂票系統(tǒng)SABRE-1就是這種計算機通信網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用，該系統(tǒng)由一臺中心計算機和分布在全美范圍內(nèi)的2000多個終端組成，各終端通過電話線連接到中心計算機。具有通信功能的單機系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是計算機通過多重線路控制器與遠程終端相連，但這個這種單機有兩個主要缺點：1、主機既要負責(zé)數(shù)據(jù)處理，又要管理與終端的通信，因此主機的負擔(dān)很重。2、由于一個終端單獨使用一根通信線路，造成通信線路利用率低。此外，每增加一個終端，線路控制器的軟硬件都需要做出很大的改動。因此為了減輕主機的負擔(dān)，于是就在通信線路和計算機之間設(shè)置了一個前端處理設(shè)置一個前端處理機（FEP），F(xiàn)EP專門負責(zé)與終端之間的通信控制，而讓主機進行數(shù)據(jù)處理；為提高通信效率，減少通信費用，在遠程終端比較密集的地方增加一個集中器，集中器的作用是把若干個終端經(jīng)低速通信線路集中起來，連接到高速線路上。然后，經(jīng)高速線路與前端處理機連接。前端處理機和集中器當時一般由小型計算機擔(dān)當，因此，這種結(jié)構(gòu)也稱為具有通信功能的多機系統(tǒng)。 2、 多個自主功能的主機通過通信線路互聯(lián)的計算機網(wǎng)絡(luò) 資源子網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)中的所有主機、終端、終端控制器、外設(shè)（如網(wǎng)絡(luò)打印機、磁盤陣列等）和各種軟件資源組成，負責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和向網(wǎng)絡(luò)用戶（工作站或終端）提供網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù)。通信子網(wǎng)由各種通信設(shè)備和線路組成，承擔(dān)資源子網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)接和變換等通信處理工作。網(wǎng)絡(luò)用戶對網(wǎng)絡(luò)的訪問可分為兩類：主要分為兩類：本地訪問和網(wǎng)絡(luò)訪問。 本地訪問是對本地主機訪問，不經(jīng)過通信子網(wǎng)，只在資源子網(wǎng)內(nèi)部進行。而網(wǎng)絡(luò)訪問則是通過通信子網(wǎng)訪問遠地主機上的資源。 3、 遵循國際標準化協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò) 計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第三階段是加速體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議國際標準化的研究與應(yīng)用。20世紀70年代末，國際標準化組織ISO(International Organization for Standardization)的計算機與信息處理標準化技術(shù)委員會成立了一個專門機構(gòu)，研究和制定網(wǎng)絡(luò)通信標準，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的國際標準化。1984年ISO正式頒布了一個稱為“開放系統(tǒng)互連基本參考模型”的國際標準ISO 7498，簡稱OSI RM（Open System Interconnection Basic Reference Model），即著名的OSI七層模型。OSI RM及標準協(xié)議的制定和完善大大加速了計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。很多大的計算機廠商相繼宣布支持OSI標準，并積極研究和開發(fā)符合OSI標準的產(chǎn)品。遵循國際標準化協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，廠商需按照共同認可的國際標準開發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，從而可保證不同廠商的產(chǎn)品可以在同一個網(wǎng)絡(luò)中進行通信。這就是“開放”的含義。目前存在著兩種占主導(dǎo)地位的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：一種是國際標準化組織ISO提出的OSI RM（開放式系統(tǒng)互連參考模型）；另一種是Internet所使用的事實上的工業(yè)標準TCP/IP RM（TCP/IP參考模型）。[1] 4、 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與高速網(wǎng)絡(luò) 從20世紀80年代末開始，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進入新的發(fā)展階段，其特點是：互聯(lián)、高速和智能化。表現(xiàn)在： (1)發(fā)展了以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng) (2) 發(fā)展高速網(wǎng)絡(luò) 1993年美國政府公布了“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”行動計劃(NII-National Information Infrastructure)，即信息高速公路計劃。這里的“信息高速公路”是指數(shù)字化大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)，用以把政府機構(gòu)、企業(yè)、大學(xué)、科研機構(gòu)和家庭的計算機聯(lián)網(wǎng)。美國政府又分別于1996年和1997年開始研究發(fā)展更加快速可靠的互聯(lián)網(wǎng)2（Internet 2）和下一代互聯(lián)網(wǎng)（Next Generation Internet）。可以說，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和高速計算機網(wǎng)絡(luò)正成為最新一代計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。 (3) 研究智能網(wǎng)絡(luò) 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的增多，各國正在開展智能網(wǎng)絡(luò)IN(Intelligent Network)的研究，以提高通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)業(yè)務(wù)的能力，并更加合理地進行網(wǎng)絡(luò)各種業(yè)務(wù)的管理，真正以分布和開放的形式向用戶提供服務(wù)。智能網(wǎng)的概念是美國于1984年提出的，智能網(wǎng)的定義中并沒有人們通常理解的“智能”含義，它僅僅是一種“業(yè)務(wù)網(wǎng)”，目的是提高通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)業(yè)務(wù)的能力。它的出現(xiàn)引起了世界各國電信部門的關(guān)注，國際電聯(lián)（ITU）在1988年開始將其列為研究課題。1992年ITU－T正式定義了智能網(wǎng)，制訂了一個能快速、方便、靈活、經(jīng)濟、有效地生成和實現(xiàn)各種新業(yè)務(wù)的體系。該體系的目標是應(yīng)用于所有的通信網(wǎng)絡(luò)；即不僅可應(yīng)用于現(xiàn)有的電話網(wǎng)、N－ISDN網(wǎng)和分組網(wǎng)，同樣適用于移動通信網(wǎng)和B－ISDN網(wǎng)。隨著時間的推移，智能網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將向更高層次發(fā)展。[2][3] 3、 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成和分類 計算機網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的具有具有獨立功能的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通信路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。 計算機網(wǎng)絡(luò)最簡單的定義是:一些互相連接的、以共享資源為目的的、自治的計算機的集合。從廣義上看，計算機網(wǎng)絡(luò)是以傳輸信息為基礎(chǔ)目的，用通信線路將多個計算機連接起來的計算機系統(tǒng)的集合。從用戶的角度看，計算機網(wǎng)絡(luò)是可以調(diào)用用戶所需資源的系統(tǒng)。 計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次大致可以分為七個層次；包括：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。物理層的任務(wù)就是為它的上一層提供一個物理連接以及他們的機械、電氣、功能和特性過程。數(shù)據(jù)連接層是控制網(wǎng)絡(luò)層和物理層提供比特流的基礎(chǔ)上，建立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯控制提供數(shù)據(jù)幀在信道上無差錯的傳輸，并進行各電路上的的動作系列。其包括：物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯、重發(fā)等且在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的功能主要是將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對應(yīng)的物理地址并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由接收方。這一層本身沒有與任何錯誤檢測和修正機制，因此網(wǎng)絡(luò)層必須依賴于端到端之間的由DDL提供的可靠的傳輸服務(wù)。傳輸層為OSI模型中最重要的一層。傳輸協(xié)議同時進行流量控制或是基于接收方可接收數(shù)據(jù)的快慢程度規(guī)定適當?shù)陌l(fā)送效率。除此之外，傳輸層按照網(wǎng)絡(luò)能處理的最大尺寸將較長的數(shù)據(jù)包進行強制分割。會話層負責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點之間建立、維持和終止通信。會話層的功能具體包括建立通信鏈接、保持會話過程通信連接的通暢、同步兩個節(jié)點之間的對話、決定通信是否被中斷以及通信中斷時決定從何時重新發(fā)送。表示層就是充當應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官。應(yīng)用層則是負責(zé)對軟件提供接口以使得程序能夠使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而計算機中的拓撲結(jié)構(gòu)又分有星狀拓撲結(jié)構(gòu)、環(huán)狀拓撲結(jié)構(gòu)、總線型、樹狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。[4][6] 4、 計算機網(wǎng)絡(luò)的未來 縱觀未來計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對待網(wǎng)絡(luò)的要求將越來越高。Internet2工程的開展是非常有必要的。以現(xiàn)在的千兆或萬兆以太網(wǎng)遠遠不夠的，所以光網(wǎng)絡(luò)的的發(fā)展和探索就有此展開。他們希望創(chuàng)造一個“點擊一切”的世界，盡管這個簡單的想法讓它成為現(xiàn)實并不是一件容易的事情，但是一旦認識到計算機網(wǎng)絡(luò)美好的發(fā)展前景，憑借人類的智慧，我們有理由信我們的世界將由此得到她前所未有的自由。 參考文獻： [1]張元，計算機網(wǎng)絡(luò)與通信，電子工業(yè)出版社，2004. [2]王龍，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，北京大學(xué)出版社，2011. [3]宋彥民，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社，2011。 [4]張凱，計算機導(dǎo)論，清華大學(xué)出版社，2012. [5]潘愛民，計算機網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)出版社，2013. [6]雷震甲，網(wǎng)絡(luò)工程師教程。清華大學(xué)出版社，2015.