计算机网络发展趋势-计算机网络原理基础教程

光纤、数据通信、卫星通信和移动通信等现代信息技术使得世界范围内的交流变得更加方便与容易，从而使得人们的工作、生活、学习和娱乐在很大程度上不再受地理环境限制，大部分均可在家中进行，即，使得人们的就业方式、生产方式、工作方式、学习方式以至生活方式等都发生了深刻的变化，让人类社会从此步入了信息化时代。但反过来，信息社会的不断深入发展也对网络技术提出了新的挑战与新的要求，特别是随着网络业务量的增长、站点数量的扩大以及多媒体应用的发展，要求网络的规模更大、带宽更宽、速率更高。

过去，人们常用C&C（Computer and Communication，计算机与通信）来描述计算机网络，但从系统的观点来看，这还很不够。虽然计算机和通信系统是计算机网络中非常重要的基本要素，但计算机网络并不是计算机与通信系统两者之间的简单结合，也不是计算机或通信系统的简单扩展或延伸，而是融合了信息采集、存储、传输、处理和利用等一切先进信息技术，是具有新功能的新系统。对于现代计算机网络的研究与分析应特别强调“计算机网络是系统”的观点，应站在更高的高度来重新认识计算机网络体系结构、性能以及网络工程技术与网络实际应用中的重要问题，这样才能更好地把握计算机网络的未来发展趋势。

计算机网络的发展，必将朝高速、宽带、智能、多媒体、QoS以及移动网络的总趋势不断发展。从当前计算机网络技术的发展现状来看，未来计算机网络发展的总趋势可以概括为：一个目标、两大支撑、三网融合、四个热点。

（1）一个目标：计算机网络发展的总体目标就是要在各个国家进而在全球建立完善的信息基础设施（Information Infrastructure）。

（2）两大支撑：信息技术的发展日新月异，对人类进步发挥着重要的作用，而无论是计算机还是通信技术，能发展到今天的水平，都离不开电子技术。其中，微电子技术与光电子技术是整个信息技术的基石。

◆微电子技术（Microelectronic Technology）：从系统的观点来看，计算机网络是由单个节点以及连接这些节点的链路所组成。其中，单个节点主要是指连入网络内的计算机以及负责通信功能的节点交换机、路由器等，这些设备的物理组成主要是集成电路，而集成电路的一个重要支撑就是微电子技术。

微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用它们实现电子系统功能的技术。微电子技术不仅使得电子设备和系统的微型化成为可能，更重要的是它引起了电子设备和系统的设计、工艺、封装等的巨大变革。由于微电子技术的出现，使得所有的传统元器件，如晶体管、电阻、连线等，都将以整体的形式互相连接，设计的出发点不再是单个元器件，而是整个系统或设备，因此，极大地推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展。

◆光电子技术（Optoelectronic Technology）：网络的另一个组成部分就是通信链路，通信链路负责所有节点之间的通信，而通信链路的一个重要支撑就是光电子技术，例如，光纤通信技术就是光电子技术的一个重要应用。光电子技术主要研究光的产生、传输、控制与探测，是光学技术和电子技术的融合。随着光纤通信技术的快速发展，光纤已成为通信网中最重要的传输媒介，而光电子技术因此也成为支撑未来信息技术与信息产业的支柱。

（3）三网融合：三网融合是指电信网（以电话业务为主）、电视网（以视像业务为主）、计算机网（以因特网业务为主）在技术上趋向一致；在网络层上互联互通；在业务层上互相渗透与交叉；在应用层上趋向统一的通信协议。三网融合有利于网络资源实现最大程度的共享，从而可使得整个网络向下一代网络演进，因此是网络发展的必然趋势。

（4）四个热点：多媒体技术、宽带网络技术、移动通信技术、信息安全技术是目前计算机网络研究中的四个主要热点。

◆多媒体技术（Multimedia Technology）：是一种把文本（Text）、图形（Graphics）、图像（Images）、动画（Animation）以及声音（Sound）等多种形式的信息结合在一起，并通过计算机进行综合处理与控制，能支持完成一系列交互式操作的信息技术。随着数字化技术的成熟，数据、文本、声音、图像等媒体都已数字化，从而产生了多媒体技术。目前，多媒体应用主要包括远程教育（Remote Education）、宽带网视频点播（Broad-band Video on Demand）、互联网直播（Live Internet）、视频会议（Video Conference）等。多媒体应用是促进技术和行业融合的强大市场驱动力之一。

◆宽带网络技术（Broad-band Network Technology）：宽带是相对于窄带而言的，“宽”与“窄”表示了线路传输速率的大小。这里的宽带网是指骨干网上数据传输速率在2.5 Gbps以上、接入网速度达到1 Mbps以上的网络，是一种全数字化、高速、宽带、具有综合业务能力的智能化通信网。宽带网可集当今世界上所有的通信业务于一个通信网络之中，要建立真正的宽频带多媒体网络，实现信息高速公路的目标，需要高速的传输载体，信息高速公路的传输载体需要具有以下两个方面的技术特征：一方面是在任何时间、任何地点都能提供全彩色、全动态的视频信号，另一方面是要能提供全交互的、双向的信息流通信。因此，宽带网络是信息高速公路建设的基础。

◆移动通信技术（Mobile Communication Technology）：是一种以无线电波为用户提供实时信息传输的技术，主要用以实现在保障覆盖区或服务区内的顺畅的个体移动通信。移动通信技术领域主要包括无线数字传输、路由、网络管理以及终端业务服务等方面。例如：数字手机等支持语音、数据和报文等各种业务的个人通信服务PCS（Personal Communications Service）就使用了无线技术，可在任何地方以各种速率与网络保持联络。

◆信息安全技术（Information Security Technology）：现有计算机网络与信息的安全受到了严重威胁，一方面是由于因特网的开放性与Internet的安全性不足，另一方面则是由于存在众多攻击手段（病毒、隐通道、拒绝服务、侦听、欺骗、口令攻击、路由攻击、中继攻击、会话窃取攻击等）。网络犯罪包括以破坏系统为目标的系统犯罪，以窃取信息、篡改信息、传播非法信息为目标的信息犯罪等。为了保证信息系统的安全，需要具有保护功能、检测手段，以及攻击的反应和事故恢复能力的完整的安全保障体系。

目前，电信网和互联网（Internet）的发展均进入了十字路口，从目前电信网的发展来看：第一，TDM（Time Division Multiplex，时分复用）技术已经不是未来的发展方向。TDM设备虽然还在生产，但全世界的TDM研发已经全面停止了。第二，由于ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）的许多标准并未得到验证，也不是未来的发展方向。

而从目前互联网的发展来看，虽然互联网取得了非常大的成功，但却同时也存在着一些致命的问题，例如：IP地址匮乏，提供信息移动性不够灵活，没有一个正常盈利的商业模型，缺乏有效的管理和运营手段。此外，还面临着诸如安全、QoS（Quality of Service，服务质量）等方面的问题，特别是无法有效支持实时业务已成为限制其发展的最大障碍。

因此，面对当前业务转型的潮流，无论是站在电信网还是互联网的角度，都可以看到网络迫切需要升级的诉求。而网络各个层面的技术都在齐头并进，在百花齐放的创新技术中寻找到适合电信网和互联网发展的技术，对于两个网络的发展来说都十分重要。为此，人们分别在当前电信网和互联网的基础上，提出了下一代网络（Next Generation Network，NGN）和下一代互联网络（Next Generation Internet，NGI）的概念。

（1）下一代网络NGN：所谓下一代网络，实质上是一个具有极其松散定义的术语，泛指一个不同于当代或前一代的网络体系结构。NGN的概念已经提出多年，业界存在诸多不同的解释。2004年2月，国际电联ITU（International Telecommunication Union）在经过激烈的辩论之后，NGN的定义终于达成了如下定论：(www.chuimin.cn)

NGN是指一个分组网络（Packet-based Network），能够提供包括电信业务（Telecommunication Services）在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有QoS能力的传送技术（Transport Technologies），可实现业务功能与底层传送技术的分离；允许用户对不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用移动性（Generalized Mobility），从而可向用户提供一致的（Consistent）和无处不在的（Ubiquitous）服务。

从上述NGN的定义来看，应该说，NGN是一种目标网络。它不是下一代Internet，也不是下一代PSTN（Public Switched Telephone Network，公共交换电话网络）、下一代电信网或下一代有线电视网与广播电视网，而是一代由新的分组交换传送技术与IP协议为基础的，融合了语音、视像、数据于一体的面貌全新的网络。它将真正使得网络设施可不受时间、空间和带宽的限制，使得基于网络的虚拟世界与现实世界能够完美地融合，具有优良的网络端到端的QoS性能以及足以信赖的网络安全性。

另外，NGN中的网络管理可实现全局智能化，既有利于可赢利商业模式运作的集中智能网管，同时还可保持与发扬Internet终端智能化的长处。网络接入也可实现灵活多样、个性化的无缝宽带接入，是一种具有跨协议、跨标准的国际漫游能力，通过将呼叫控制与网络传送层及业务层完全分离，可进行服务的快速布设与移植，可充分利用平台的分布性、开放性与标准性，积极调动运营商及第三方的创造性，快速丰富业务种类与市场应用等特征的一种理想化的网络，充分体现了其满足社会与个人越来越高的综合性全球通信要求：多业务、高质量、宽带化、分组化、智能化、移动性、安全性、开放性、分布性、兼容性、可管理性与可赢利性等一系列全业务综合运作的基本特征，而这些都是目前Internet、电信网、移动网、广播电视网与专用通信网等不能全面具备的基本特征。

（2）下一代互联网络NGI：主张NGN的声音主要来自电信界，标准组织以ITU-T为代表，主要关注的是网络架构、商业模型、互联互通、网络安全、QoS信令以及固定网络与移动网络的融合（Fixed-Mobile convergence，FMC）等。而主张NGI的声音则主要来自传统互联网（计算机界），其标准组织以IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）和W3C（World Wide Web Consortium，万维网联盟）为代表，主要关注的是网络安全、IPv6技术、音频与视频通信、P2P（Peer to Peer）技术、即时通信（Instant Message）、虚拟专用网（Virtual Private Network，VPN）以及Web2.0技术等。

目前，虽然世界上有许多国家业已建立起了NGI实验网，例如：美国的Internet2、加拿大的CAnet3、欧洲的GEANT、中国的下一代互联网示范网络CNGI（China Next Generation Internet）等，但对NGI却仍没有一个非常严格统一的定义，有人说是更大、更快、更安全、更及时、更方便、更可管理、更有效的互联网。其中：

◆更大：是指NGI将采用IPv6协议，从而具有非常大的地址空间，网络规模将更大，接入网络的终端种类和数量将更多，网络应用也将更为广泛。

◆更快：是指NGI将具有100 MB/s以上的端到端高性能通信能力。

◆更安全：是指NGI将可进行网络对象识别、身份认证、访问授权，具有数据加密与完整性保护功能，可最终实现一个可信任的网络。

◆更及时：是指NGI能提供组播服务，进行服务质量控制，并可开发大规模的实时交互应用。

◆更方便：是指NGI能提供无处不在的移动与无线通信应用。

◆更可管理：是指NGI能进行有序的管理、有效的运营、及时的维护等。

◆更有效：是指NGI将具有良好的盈利模式，可创造重大社会与经济效益。

（3）NGN与NGI的异同：关于NGI与NGN的关系，目前业界存在以下两种典型的看法：一种是电信界的看法，认为NGI是NGN的重要组成部分，两种技术互相借鉴，在竞争中发展；NGI并非NGN必由之路，NGI不是电信的最终目标；另一种则是互联网界的看法，认为NGN是未来互联网的组成部分，是一个很好的发展方向，虽然NGN不会是未来互联网的全部，但却是其重要的发展方向之一。两者的上述看法显然存在分歧，但却有着一致的终极目标，即，都希望成为信息社会的基础设施的重要组成部分。NGN和NGI的主要特点的分析比较见表1.1。

表1.1　NGN和NGI主要特点对比分析

由表1.1可以看出，NGN和NGI虽然在技术、业务和管理方面存在着很多相似之处，例如，两者均是以IP网及其相应技术为核心，但在现阶段，NGN和NGI在理念方面仍存在非常明显的差别，例如，NGN希望业务提供者可为用户（信息消费者）提供更好的融和业务，而NGI则希望为广大用户（不区分信息提供者和信息消费者）提供一个更好的创新平台。

由于电信网/NGN、互联网/NGI都是能够在一定程度上满足而又不能完全满足市场需要的多业务综合网，且彼此都不能够互相包容与替代，因此，未来网络发展的结果将会是NGN和NGI在一定阶段内共存、两种网络之间互联、互通、互用。