计算机网(卷名：自动控制与系统工程)
computer network
用通信线路将地理上分散的计算机系统、工作站、终端群和外部设备互连而成的系统，以实现数据通信和资源共享，提高系统效率和系统可靠性。计算机网是计算机技术和通信技术相结合的产物。它是在计算机分时系统 (TSS)的基础上发展起来的。计算机网分为远程网(WAN)和局域网(LAN)。远程网又称广域网，是地区或国家甚至国际范围内的计算机网，如公用数据网、卫星数据通信网等。局域网即局部区域网，又称计算机局部网络，是指一个单位或一幢大楼范围内的计算机网，终端与计算机之间的距离一般不超过20～30公里。若计算机网除数据通信外还提供其他信息服务项目，如信息处理、存储转发、查询检索等功能，则称为增值网(VAN),如计算机服务公司将自己拥有的计算机功能附加在租用的通信线路上开展新的业务即形成增值网。若计算机网采用宽带网传输数据、声音、图像等信息，就扩展成综合业务数字网(ISDN)。
发展简史 1951年美国麻省理工学院林肯实验室开始为美国空军设计半自动地面防空系统(SAGE)，1963年建成。SAGE系统最早将计算机技术与通信技术结合起来。SAGE系统设17个防区，每个防区的指挥中心装两台计算机，通过通信线路连接防区内各雷达站、机场、防空导弹和高炮阵地，形成联机计算机系统。系统能帮助指挥员决策，自动引导飞机和导弹拦截敌机。SAGE系统研制了前端处理机，制定了1600比特／秒数据通信线路的规范，并研究出高可靠性路径选择方法，为建立计算机网积累了丰富的经验。50年代出现的机票预订系统也是计算机技术与通信技术相结合的范例。这是用于处理飞机订票及其他有关信息的联机操作的系统，它保持最新的文件资料，并能在数秒钟内回答远离计算机的售票终端发来的询问。1959年斯特拉切提出分时系统(TSS),1964年巴兰提出分组交换技术，即包交换技术。当时麻省理工学院的MAC工程和达特茅斯大学的 DTSS系统已成为计算机网的雏型。1964年加利福尼亚大学罗伦斯·里巴莫尔研究所将8台异构型计算机（宿主机）互连成OCTOPUS网则是计算机网络工程的开端。为了利用在地理上分散的宿主机，必须实现高速数字传输和数字交换，于是产生实现高速数据交换的大型计算机网。1969年12月美国国防部高级研究计划局建成阿帕网(ARPA网)的第一期工程。开始只有4个节点，后来发展到100多台宿主机和60多个节点的大型分组交换网，并利用通信卫星与夏威夷州及挪威等欧洲国家连接，成为国际性的计算机网。阿帕网把美国各大学、研究所和公司的计算机系统互连成网络，实现了由通信网络和资源网络构成计算机网的目的，首次采用分组交换技术（包交换技术）和层次体系结构，规定不同级别的互连协议，这些技术成为计算机网络工程的基本技术。继阿帕网之后，欧洲和日本也相继研究出实用的计算机网。阿帕网是远程网，建立在公用数据网的基础上，投资大。70年代中期美国施乐公司帕洛·阿尔托研究中心推出第一个局域网，即总线型以太网，为办公自动化和工厂自动化创造条件。1979年国际标准化组织(ISO)正式提出开放系统互连(OSI)参考模型，采用网络分层结构。到1987年世界上已有远程网近1万个，局域网近20万个。
网络构成 计算机网由多个节点和连接它们的通信线路或信道构成。节点可以是计算机系统、工作站、终端群、外部设备或集中器。例如,在阿帕网中,把进行数据通信的计算机作为宿主机，由通信子网把宿主机连接在一起。通信子网由接口信息处理机 (IMP)和传输线路组成。通信子网有点-点通道和广播信道两种。点-点通道型子网包含多条电缆或租用的电话线路，每条连接一对IMP，在同一条电缆上两台IMP之间的通信，要经过一台或多台中间IMP，先由中间IMP接收并存储全部报文，待输出线路空闲时再向前传输。这种子网称为存储转发子网。广播信道型子网中任一台 IMP发出的报文被所有其他的IMP所接收,报文中含有指明接收者的信息。这种子网中所有的IMP共享一个通信信道,通常是把时间分为若干时间片，循环分配给每台IMP。每台IMP仅在分给它的时间片内才能发送报文。
网络分层
计算机网采用功能分层原理，即从逻辑上分解成若干相互独立的子系统，称为层。分层不宜太少，以免每一层中功能过于复杂；但也不宜太多，以免难于管理。1979年国际标准化组织 (ISO)提出的开放系统互连(OSI)参考模型(见图)自底向上分为7层:物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层均自成体系，在定义其功能时只要知道邻层的接口与较低层提供的服务。相邻层之间有一接口，它们的相互作用以请求和指示的形式表示，统称为原语。在通信中使用的规则和约定称为协议。为了使各节点均以同一方式工作，就要制定标准协议。不同系统对应层的逻辑实体称为同等进程。网络各层及其协议的组合称为网络结构。从用户角度来看，数据是从一个系统的应用层传送给另一个系统的应用层，而实际上仅在物理层实现两个系统之间的通信,高层通信都是虚拟的。网络对用户是透明的,即用户在使用网络时不需要了解各层的具体结构。应用层支持应用进程，包括各种用户协议及管理系统。表示层的功能是从应用进程取得信息并加以交换，执行编码交换、文件格式变换、文本压缩和报文加密，以及与机器无关的服务。对话层是用户进入网络的接口。这里把两应用进程间建立的连接称为对话。对话层的作用是维持这种连接，为传送数据作路径选择，引导到正确的应用进程，使数据交换有正确的同步和定界。传输层的功能是接收来自对话层的数据，将这些数据分成较小的单元，再传输到网络层。它还与较低各层一起提供与物理介质无关的传送服务，如建立连接、发送或接收报文、差错控制、终止连接等。网络层控制通信子网，决定宿主机与IMP接口的主要特性，接收报文，组包,并将包送到目的地，以及路径选择，流量控制等。它还有连接两个网的信关功能。链路层的任务是将输入数据分成帧，加上帧边界标志。若传送中受到噪声干扰，则重新发送。物理层的功能是在通信信道上传输信号，建立物理信道的连接，或终止连接。连接两个或多个网络的接口设备有信关（网关）和信桥（网桥）两种型式。网桥和网关由超级微机或微处理机构成。网桥是指不需要进行网络协议转换、帧格式重新封装和原语连接转换，仅需附上新的路径信息和全局地址的网间连接设备，它的主要任务是存储转发、路径选择和网络监控，对吞吐率和延迟时间要求较严。网关是指需要进行必要的报文格式转换、地址映射、网络协议转换或原语连接转换的网间连接设备，它要承担路径选择、流量控制和差错控制等任务。网关和网桥对互连的网是透明的。同构型网互连采用网桥方式，如同构型 LAN的互连。异构型网互连采用网关方式，如异构型LAN的互连，LAN与WAN的互连，WAN之间的互连。
交换方式 数据通信可采用两种交换方式：线路交换和分组交换。线路交换是把相应的输入线和输出线直接接续，从而实现双方通信的方式，又称直接交换方式。电话通信都是采用线路交换。采用这种交换方式时，不必进行传输数据的存储转发，不限制报文的形式和信号的编码方法，但传输速率较低。适合于通信时间长、通信密度高的用户电报和数字传真通信。分组交换又称包交换，是通信双方不固定接续，数据通过输入线输入后，暂时存在存储器中，并把它分割成一定长度（1000比特左右）的信息包,然后转送到输出线上的交换方式,所以又称存储转发交换方式。分组交换可高速交换报文，线路利用率高，操作差错少，发生传输错误时可自动重发，并可对报文进行处理。远程网大都采用分组交换技术。利用专用程控交换机(PABX)建立的局域网则采用线路交换方式。
通信控制 通信控制包括连接的建立和拆除、数据传送控制、差错控制、数据块的装拆控制、流量控制、路径控制、复用控制、拥挤控制等。计算机网是通过分布式进程通信来实现资源共享。两个节点在实现进程通信之前，先要建立连接，完成进程通信之后，须拆除连接。因此必须制定全网统一的进程命名和寻址方法，连接的建立和拆除的方法。通信双方建立连接后进入数据传送阶段，此时通信控制涉及数据的发送方式、应答方式和差错控制等。由于传输的数据块的大小和格式不同，网络节点有关功能层要相应地进行拆装控制，包括数据块的分解、装配和格式转换。为了使通信双方的传输速度匹配，可通过缓冲存储器进行流量控制。两个访问节点之间存在多条可用的逻辑或物理信道，可用路径选择表进行路径控制，路径选择表能动地反映网络当前通信业务量的分布情况。为了提高信道利用率，可采用频分复用或时分复用。为了避免通信子网中通信业务量超载而引起网络性能下降或出现死锁现象，可通过控制通信子网总通信业务量、消除瓶颈和超时重发等方法，实现拥挤控制。通信子网向网络访问节点提供虚电路和数据报两种服务方式。虚电路是指通信子网为访问节点每次呼叫建立一条贯通通信子网的逻辑通道，数据报是指通信子网中各中继点以报文分组为单位进行路径选择。
远程网 美国从60年代开始建立远程网，最早建立的远程网是加里福尼亚大学的OCTOPUS网,夏威夷大学的ALOHA网，美国国防部高级研究计划局的阿帕网,后来又建立国际性的商用远程网 TYMNET和CYBER-NET。1975年又建立公用报文交换网TELENET。它有9个主交换站,200多个节点，分布在81个城市，各节点可通过租用线路与主交换站连接。它还通过通信卫星延伸到欧洲和东南亚，访问范围达 18个国家，200多个数据库和大量应用程序。TELENET是一种增值网。欧洲各国从 70年代开始建设远程网。1971年欧洲经济共同体建成全欧信息网 EIN和全欧网EURONET。EIN已与英国著名的分组交换网 NPL和法国高级数据通信网 CIGALE连接。EURONET是学术情报专用网。英国还有邮政部开发的实验分组交换服务网EPSS。法国有全法计算机网CYCLADES和邮政部开发的实验分组交换网TRANSPAC。北欧的瑞典、挪威、丹麦和冰岛四国有SCANNET。加拿大有DATAPAC和INFOSWITCH。澳大利亚有CUDN网。日本也在建设远程网。日本电电公司正在开发数数据交换网DDX-2,国际电电公司正在开发国际数据交换网VENUS。夏威夷大学的ALOHA网通过ATS-Ⅰ通信卫星延伸到日本东北大学，并与东北地方网 TACONET连接。东京大学等7所大学联合建立的计算机网 TSS和RJE网延伸到全国各地。日本科学技术情报中心开展了 TSS网的联机情报服务。此外还有许多专用联机网和商用网。