网络技术是什么

小嘿QA2020-04-14 14:53:41阅读(...)

网络技术是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络是按照网络协议,连接介质可以是电缆、双绞线、光纤、微波、载波或通信卫星。计算机网络具有共享硬件、软件和数据资源的功能,具有对共享数据资源集中处理及管理和维护的能力。

网络技术是从 1990 年代中期发展起来的新技术,它把互联网上分散的资源融为有机整体,实现资源的全面共享和有机协作,使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。 当前的互联网只限于信息共享,网络则被认为是互联网发展的第三阶段。网络可以构造地区性的网络、企事业内部网络、局域网网络,甚至家庭网络和个人网络。网络的根本特征并不一定是它的规模。

网络技术是什么

发展历程

Internet 的应用范围由最早的军事、国防,扩展到美国国内的学术机构,进而迅速覆盖了全球的各个领域,运营性质也由科研、教育为主逐渐转向商业化。

在科学研究中,经常碰到“种瓜得豆”的事情,Internet 的出现也正是如此:它的原型是 1969 年美国国防部远景研究规划局(Advanced Research Projects Agency)为军事实验用而建立的网络,名为 ARPANET,初期只有四台主机,其设计目标是当网络中的一部分因战争原因遭到破 坏时,其余部分仍能正常运行;80 年代初期 ARPA 和美国国防部通信局研制成功用于异构网络的 TCP/IP 协议并投入使用;1986 年在美国国会科学基金会(National Science Foundation)的支持下,用高速通信线路把 分布在各地的一些超级计算机连接起来,以 NFSNET 接替 ARPANET;进而又经过十几年的发展形成 Internet。

90 年代初,中国作为第 71 个国家级网加入 Internet,我国已经开放了 Internet,通过中国公用互连网络(CHINANET)或中国教育科研计算机网(CERNET)都可与 Internet 联通。只要有一台微机,一部调制解调器和一部国内直拨电话就能够很方便地享受到 Internet 的资源;这是 Internet 逐步”爬”入普通人家的原因之一;原因之二,友好的用户界面、丰富的信息资源、贴近生活的人情化感受使非专业的家庭用户既做到应用自如,又能大饱眼福,甚至利用它为自己的工作、学习、生活锦上添花,真正做到”足不出户,可成就天下事,潇洒作当代人”。

网络的神奇作用吸引着越来越多的用户加入其中,正因如此,网络的承受能力也面临着越来越严峻的考验―从硬件上、软件上、所用标准上……,各项技术都需要适时应势,对应发展,这正是网络迅速走向进步的催化剂。到了今天,Internet 能够负担如此众多用户的参与,说明我们的网络技术已经成长到了相当成熟的地步,用户自己也能耳闻目睹不断涌现的新名词、新概念。但这还不是终结,仅仅是历史长河的一段新纪元的开始而已。

应用集锦

Internet 如此美妙,初入门者不免好奇:它究竟可以为我们做哪些事?总的说来,Internet 是一套通过网络来完成有用的通讯任务的应用程序,下面的篇幅将从应用入手,展示 Internet 的几项最广为流行的功能,它包括:电子邮件、WWW、文件传输、远程登录、新闻组、信息查询等。

电子邮件

有了通达全球的 Internet 后,人们首先想到的是可以利用它来提供个人之间的通信,而且这种通信应能兼具电话的速度和邮政的可靠性等优点。这种思路生根发芽成长起来,最终得到的果实便是 Email。通过它,每人都可以有自己的私有信箱,用以储存已收到但还未来得及阅读的信件,Email 地址包括用户名加上主机名,并在中间用@符号隔开,如从最初的两人之间的通信,如今的电子邮件软件能够实现更为复杂、多样的服务,包括:一对多的发信,信件的转发和回复,在信件中包含声音、图像等多媒体信息等;甚至可以做到只要有你的邮件到达,挂在你身上的 BP 机就嘀嘀作响发出提示;人们还可以象订购报刊杂志一样在网上订购所需的信息,通过电子邮件定期送到自己面前。

WWW

World Wide Web(通常被称为 WWW)在中文里常被译作“万维网”,除发音相近外,也体现了其变化万千的内涵。用户借助于一个浏览器软件,在地址栏里输入所要查看的页面地址(或域名),就可以连接到该地址所指向的 WWW 服务器,从中查找所需的图文信息。WWW 访问的感觉有些象逛大商场,既可以漫无边际地徜徉,也可以奔着一个目标前进;但不论如何,当用户最终获得想要的内容时,也许已经跨越了千山万水,故有时我们也称之为“Web 冲浪”。WWW 服务器所存贮的页面内容是用 HTML 语言(Hyper Text Mark-up Language)书写的,它通过 HTTP 协议(Hyper Text Transfering Protocol)传送到用户处。

文件传输

尽管电子邮件也能传送文件,但它一般用于短信息传递。Internet 提供了称作 FTP(File Transfer Protocol)的文件传输应用程序,使用户能发送或接收非常大的数据文件:当用户发出 FTP 命令,连接到 FTP 服务器后,可以输入命令显示服务器存贮的文件目录,或从某个目录拷贝文件,通过网络传递到自己的计算机中。FTP 服务器提供了一种验证用户权限的方法(用到用户名、密码),限制非授权用户的访问。不过,很多系统管理员为了扩大影响,打开了匿名 ftp 服务设置――匿名 ftp 允许没有注册名或口令的用户在机器上存取指定的文件,它用到的特殊用户名为“anonymous”。

远程登录

远程登录允许用户从一台机器连接到远程的另一台机器上,并建立一个交互的登录连接。登录后,用户的每次击键都传递到远程主机,由远程主机处理后将字符回送到本地的机器中, 看起来仿佛用户直接在对这台远程主机操作一样。远程登录通常也要有效的登录帐号来接受对方主机的认证。常用的登录程序有 TELNET、RLOGIN 等。

Usenet 新闻组

Usenet 新闻是 Internet 上的讨论小组。Usenet 在一套名为”新闻组”的标题下组织讨论,用户可以阅读别人发送的新闻或发表自己的文章。新闻组包括数十大类、数千组”新闻”,平均每一组每天都有成百上千条”新闻”公布出来。新闻组的介入方式也非常随便,你可以在上面高谈阔论、问问题,或者只看别人的谈论。上面所列举的仅是 Internet 文化长廊中的主要内容,但绝不是全部。Internet 永远是在不断发展、推陈出新的,这将是我们下一篇的内容――Internet 的发展趋势。网络研究起源于过去十年美国政府资助的高性能计算科研项目。这项研究的目标是将跨地域的多台高性能计算机、大型数据库、大型的科研设备、通信设备、可视化设备和各种传感器等整合成一个巨大的超级计算机系统,以支持科学计算和科学研究。

微软公司把开发力量集中在数据网络上,关注使用网络共享信息,而不是网络的计算能力,这反映了学术和研究领域内的分歧。事实上,很多用于学术领域的网络技术都能够成为商业应用。

Globus 是美国阿贡(Argonne)国家实验室的网络技术研发项目,全美 12 所大学和研究机构参与了该项目。Globus 对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网络计算的关键理论进行研究,开发能在各种平台上运行的网络计算工具软件,帮助规划和组建大型的网络试验平台,开发适合大型网络系统运行的大型应用程序。Globus 技术已在美国航天局网络、欧洲数据网络、美国国家技术网络等 8 个项目中得到应用。2005 年 8 月,美国国际商用机器公司(IBM)宣布投入数十亿美元研发网络计算,与 Globus 合作开发开放的网络计算标准,并宣称网络的价值不仅仅限于科学计算,商业应用也有很好的前景。网络计算和 Globus 从开始幕后走到前台,受到前所未有的关注。

中国非常重视发展网络技术,由 863 计划“高性能计算机及其核心软件”重大专项支持建设的中国国家网络项目在高性能计算机、网络软件、网络环境和应用等方面取得了创新性成果。具有 18 万亿次聚合计算能力、支持网络研究和网络应用的网络试验床——中国国家网络,已于 2005 年 12 月 21 日正式开通运行。这意味着通过网络技术,中国已能有效整合全国范围内大型计算机的计算资源,形成一个强大的计算平台,帮助科研单位和科技工作者等实现计算资源共享、数据共享和协同合作。

关键技术

网络的关键技术有网络结点、宽带网络系统、资源管理和任务调度工具、应用层的可视化工具。网络结点是网络计算资源的提供者,包括高端服务器、集群系统、MPP 系统大型存储设备、数据库等。宽带网络系统是在网络计算环境中,提供高性能通信的必要手段。资源管理和任务调度工具用来解决资源的描述、组织和管理等关键问题。任务调度工具根据当前系统的负载情况,对系统内的任务进行动态调度,提高系统的运行效率。网络计算主要是科学计算,它往往伴随着海量数据。如果把计算结果转换成直观的图形信息,就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难。这需要开发能在网络计算中传输和读取,并提供友好用户界面的可视化工具。

研究现状

网络计算通常着眼于大型应用项目,按照 Globus 技术,大型应用项目应由许多组织协同完成,它们形成一个“虚拟组织”,各组织拥有的计算资源在虚拟组织里共享,协同完成项目。对于共享而言,有价值的不是设备本身而是实体的接口或界面。

从技术角度看,共享是资源或实体间的互操作。Globus 技术设定,网络环境下的互操作意味着需要开发一套通用协议,用于描述消息的格式和消息交换的规则。在协议之上则需要开发一系列服务,这与建立在 TCP/IP(传输控制协议/网际协议)上的万维网服务原理相同。在服务中先定义应用编程接口,基于这些接口再构建软件开发工具。

Globus 网络计算协议建立在网际协议之上,以网际协议中的通信、路由、名字解析等功能为基础。Globus 协议分为构造层、连接层、资源层、汇集层和应用层五层。每层都有各自的服务、应用编程接口和软件开发工具、上层协议调用下层协议的服务。网络内的全局应用都需通过协议提供的服务调用操作系统。

构造层功能是向上提供网络中可供共享的资源,是物理或逻辑实体。常用的共享资源包括处理能力、存储系统、目录、网络资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。连接层是网络中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各资源间的数据交换都在这一层控制下实现的。各资源间的授权验证、安全控制也在此实现。资源层的作用是对单个资源实施控制,与可用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。汇集层的作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起,供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制,汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网络启动、负荷控制、账户管理等多种功能。应用层是网络上用户的应用程序,它先通过各层的应用编程接口调用相应的服务,再通过服务调用网络上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网络应用程序的开发,需要构建支持网络计算的库函数。

Globus 体系结构已为一些大型网络所采用。研究人员已经在天气预报、高能物理实验、航空器研究等领域开发了一些基于 Globus 网络计算的应用程序。虽然这些应用仍属试验性质,但它证明了网络计算可以完成不少超级计算机难以胜任的大型应用任务。可以预见,网络技术将很快掀起下一波互联网浪潮。面对即将到来的第三代互联网应用,很多发达国家都投入了大量研究资金,希望能抓住机遇,掌握未来的命运。

中国也加强了网络方面的投入。中科院计算所为自己的网络起名为“织女星网络”(Vega Grid),目标是具有大规模数据处理、高性能计算、资源共享和提高资源利用率的能力。与国内外其他网络研究项目相比,织女星网络的最大特点是“服务网络”。中国许多行业,如能源、交通、气象、水利、农林、教育、环保等对高性能计算网络即信息网络的需求非常巨大。预计在两三年内,就能看到更多的网络技术应用实例。

应用领域

网络技术的应用领域很广,主要有以下几方面。

分布式超级计算 分布式超级计算将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来,并用网络中间件软件“粘合”起来,形成比单台超级计算机强大得多的计算平台。

分布式仪器系统 分布式仪器系统使用网络管理分布在各地的贵重仪器系统,提供远程访问仪器设备的手段,提高仪器的利用率,方便用户的使用。

数据密集型计算并行计算技术往往是由一些计算密集型应用推动的,特别是一些带有巨大挑战性质的应用,大大促进了对高性能并行体系结构、编程环境、大规模可视化等领域的研究。数据密集型计算的应用比计算密集型的应用多得多,它对应的数据网络更侧重于数据的存储、传输和处理,计算网络则更侧重于计算能力的提高。在这个领域独占鳌头的项目是欧洲核子中心开展的数据网络(DataGrid)项目,其目标是处理 2005 年建成的大型强子对撞机源源不断产生的 PB/s 量级实验数据。

远程沉浸 这是一种特殊的网络化虚拟现实环境。它是对现实或历史的逼真反映,对高性能计算结果或数据库可视化。“沉浸”是指人可以完全融入其中:各地的参与者通过网络聚集在同一个虚拟空间里,既可以随意漫游,又可以相互沟通,还可以与虚拟环境交互,使之发生改变。已经开发出几十个远程沉浸应用,包括虚拟历史博物馆、协同学习环境等。远程沉浸可以广泛应用于交互式科学可视化、教育、训练、艺术、娱乐、工业设计、信息可视化等许多领域。

信息集成网络最初是以集成异构计算平台的身份出现,接着进入分布式海量数据处理领域。信息网络通过统一的信息交换架构和大量的中间件,向用户提供“信息随手可得”式的服务。网络信息集成将更多应用在商业上,分布在世界各地的应用程序和各种信息通过网络能进行无缝融合和沟通,从而形成崭新的商业机会。

信息集成如信息网络、服务网络、知识网络等,是近几年网络流行起来的应用方向。2002 年,Globus 联盟和 IBM 在全球网络论坛上发布了开放性网络服务架构及其详细规范,把 Globus 标准与支持商用的万维网服务标准结合起来。2004 年,Globus 联盟、IBM 和惠普(HP)等又联合发布了新的网络标准草案,把开放性网络服务架构详细规范 I 转换成 6 个用于扩展万维网服务的规范,网络服务已与万维网服务彻底融为一体,标志着网络商用化时代的来临。

网络技术的发展,标准是关键。就像 TCP/IP 协议是因特网的核心一样,构建网络计算也需要对核心——标准协议和服务进行定义。一些标准化团体正在积极行动。迄今为止,网络计算虽还没有正式的标准,但在核心技术上,相关机构与企业已达成一致,由美国阿贡国家实验室与南加州大学信息科学学院合作开发的 Globus 计算工具软件已成为网络计算实际的标准,已有 12 家著名计算机和软件厂商宣布将采用 Globus 计算工具软件。作为一种开放架构和开放标准基础设施,Globus 计算工具软件提供了构建网络应用所需的很多基本服务,如安全、资源发现、资源管理、数据访问等。所有重大的网络项目都是基于 Globus 计算工具软件提供的协议与服务的。

除了标准以外,安全和可管理性、人才的缺乏也是网络计算亟待解决的一个问题,否则它将无法成为企业的商业架构。在真正实现商业应用之前,还需要解决许多问题。即便如此,构建全球网络的前景仍是无法抗拒的。

此外,网络技术的应用还催生了网络语言学。这门新兴学科是由中国知名学者周海中教授于 2000 年首先提出的。在其《一门崭新的语言学科——网络语言学》一文中,他对网络语言学的研究对象、研究方法、研究任务、学科属性和定位问题等作了精辟阐述;此后,网络语言学引起国际学术界的关注。

主要功能

一般来说,计算机网络可以提供以下一些主要功能:

资源共享

网络的出现使资源共享变得很简单,交流的双方可以跨越时空的障碍,随时随地传递信息。

信息传输与集中处理

数据是通过网络传递到服务器中,由服务器集中处理后再回送到终端。

负载均衡与分布处理

负载均衡同样是网络的一大特长。举个典型的例子:一个大型 ICP(Internet 内容提供商)为了支持更多的用户访问他的网站,在全世界多个地方放置了相同内容的 WWW 服务器;通过一定技巧使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面,这样来实现各服务器的负荷均衡,同时用户也省了不少冤枉路。

综合信息服务

网络的一大发展趋势是多维化,即在一套系统上提供集成的信息服务,包括来自政治、经济、等各方面资源,甚至同时还提供多媒体信息,如图象、语音、动画等。在多维化发展的趋势下,许多网络应用的新形式不断涌现,如:

①电子邮件――这应该是大家都得心应手的网络交流方式之一。发邮件时收件人不一定要在网上,但他只要在以后任意时候打开邮箱,都能看到属于自己的来信。

②网上交易――就是通过网络做生意。其中有一些是要通过网络直接结算,这就要求网络的安全性要比较高。

③ 视频点播――这是一项新兴的娱乐或学习项目,在智能小区、酒店或学校应用较多。它的形式跟电视选台有些相似,不同的是节目内容是通过网络传递的。

④ 联机会议――也称视频会议,顾名思义就是通过网络开会。它与视频点播的不同在于所有参与者都需主动向外发送图像,为实现数据、图像、声音实时同传,它对网络的处理速度提出了最高的要求。

以上对网络的功能只是略举一二,我们将在以后的篇幅中用更详尽的案例去充实大家对网络的理解。

分类组成

网络依据什么划分,又是如何组成的呢?

计算机网络的类型有很多,而且有不同的分类依据。网络按交换技术可分为:线路交换网、分组交换网;按传输技术可分为:广播网、非广播多路访问网、点到点网;

按拓朴结构可分为总线型、星型、环形、树形、全网状和部分网状网络;按传输介质又可分为同轴电缆、双绞线、光纤或卫星等所连成的网络。这里我们主要讲述的是根据网络分布规模来划分的网络:局域网、城域网、广域网和网间网。

面临问题

在上篇中我们讲述了 Internet 的发展简史和它的方方面面的应用。正是由于 Internet 的丰富多彩,才会吸引越来越多的人加入其中:对用户而言,Internet 正一步步渗透到我们工作、生活的各个方面,极大地改变了长久以来形成的传统思维和生活方式;而对 Internet 而言,用户的积极参与使得这一全球通行的网络迅速膨胀起?耐受力面临带宽的短缺、IP 地址资源匮乏等严峻考验。

带宽的短缺

据 1995 年年中的估计, 有 150 多个国家和地区的 6 万多个网络同 Internet 联结, 入网计算机约 450 万台, 直接使用 Internet 的用户达 4000 万人。而到今天,Internet 已经开通到全世界大多数国家和地区,几乎每隔三十分钟就有一个新的网络连入,主机数量每年翻两番,用户数量每月增长百分之十,预计到本世纪末和下世纪初, Internet 将连接近亿台计算机, 达到以十亿计的用户。而对更远的将来,人们很难精确估计。不管怎么说,这些数字已足以说明 Internet 的危机所在:就好象一根悬挂了很多重物的钢丝绳,重量增加了,绳子就有断裂的危险;而用户在 Internet 上的游历实际上要走过很多根这样的“钢丝绳”,用户越多,绳子的负载越重,其中任一根不结实,都会成为瓶颈,导致网络访问的失败。因此,“钢丝绳”的加固―带宽容量的增加势在必行,从 Internet 主干到分支,直至最终用户的接入,都出现了许多成熟的或正在发展的链路技术来实现这项需求,我们将在后文着重介绍其中用户最为关心的几种接入技术。

IP 地址匮乏

我们曾介绍了 IP 地址的格式和分类,这里所指的都是现行的 IPv4―它是一个 32 位二进制数,因此总地址容量为 232,也即有数亿个左右。而按照 TCP/IP 协议(同很多其它协议一样)的规定,相互联接的网络中每一个节点都必须有自己独一无二的地址来作为标识,那么很显然,相对前文日益增长的用户数,现有 IP 地址资源已不堪重负,很快将被用光―有预测表明,以 Internet 发展速度计算,所有 IPv4 地址将在 2005~2010 年间分配完毕。

解决 IP 地址缺乏的办法之一是想办法延缓资源耗尽的时间,目前最广泛应用的技术当属 NAT(Network Address Translation,网络地址翻译)―它使企业用户在内部网络应用中采用自行定义的地址,只在需要作 Internet 访问时才翻译为合法的 Internet 地址;它的最大好处是用户加入 Internet 时不需更改内部地址结构,而只需在内外交界处实施地址转换,并且能够实现多个用户复用同一合法地址,从而大大节省地址资源;但作 NAT 转换的同时也增加了网络的复杂性,何况它并不能阻止可用地址越来越减少的趋势。

作为对 IPv4 问题的解决,一种新的 IP 地址定义应运而生,它便是下文讲的 IPv6。

发展技术

如何解决 Internet 的发展瓶颈?Internet 新的应用趋势是什么?

Internet 的发展首先是要走出困境,扩展容量,然后才有可能继续推出各项新的应用并且运用自如。我们将从网络线路的发展说起,谈谈通信热点的宽带接入技术,以及 Internet 新的应用趋势。

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