一、该领域当前的发展状况和发展趋势

在计算机时代早期，即众所周知的巨型机时代，计算机领域由称为分时系统的大型系统所统治。分时系统允许我们通过只含显示器和键盘的哑终端来使用主机。哑终端很像PC，但没有它自己的CPU、内存和硬盘。依靠哑终端，成百上千的用户可以同时访问主机。分时系统将主机时间分成片，并给用户分配时间片。由于时间片很短，会使用户产生错觉，以为主机完全为自己所独用。

在20世纪70年代，大的分时系统被更小的微机系统所取代。微机系统在小规模上采用了分时系统。所以说，并不是直到20世纪70年代PC发明后，人们才想出了今天的网络。

远程终端计算机系统是在分时计算机系统的基础上，通过调制解调器（Modem）和公用电话网（PSTN）向地理上分布的许多远程终端用户提供共享资源服务。这虽然还不能算是真正的计算机通信网络系统，但它是计算机与通信系统结合的最初尝试。远程终端用户似乎已经感觉到使用“计算机通信网络”的味道了。

在远程终端计算机系统的基础上，人们开始研究把计算机通过PSTN等已有的通信系统互联起来。为了使计算机之间的通信连接可靠，建立了分层通信体系和相应的网络通信协议，于是诞生了以资源共享为主要目标的计算机通信网络。由于网络中计算机之间具有数据交换的能力，并且提供了在更大范围内计算机之间协同工作、实现分布处理甚至并行处理的能力，所以联网用户之间直接通过计算机通信网络进行信息交换的通信能力也大大增强。

1969年，Internet的前身--美国的ARPANET投入运行，它标志着我们通常称之为“计算机通信网络”的网络技术的兴起。这种由计算机互联所构成的网络系统是一种分组交换网。分组交换技术的出现使计算机通信网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性的变化，为后来的计算机通信网络打下了基础。

20世纪80年代初，随着PC机应用的推广，PC联网的需求也随之增大，各种基于PC互联的PC机局域网纷纷出台。这个时期PC机局域网系统的典型结构是在共享介质通信网平台上的共享文件服务器结构，即为所有联网PC设置一台专用的可共享的网络文件服务器。每个PC机用户的主要任务仍在自己的PC机上运行，仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文件服务器，体现了计算机通信网络中各计算机之间的协同工作。由于使用了比PSTN速率高得多的同轴电缆、光纤等高速传输介质，使得在PC网上访问共享资源的速率和效率大大提高。这种基于文件服务器的PC机网络对网内计算机进行了分工：PC机面向用户，PC机服务器专用于提供共享文件资源。所以它实际上就是一种客户机/服务器模式。

计算机通信网络系统是非常复杂的系统，计算机之间相互通信涉及许多复杂的技术问题，为实现计算机通信网络的通信功能，计算机通信网络采用的是分层解决网络技术问题的方法。但是，由于存在不同的分层网络系统体系结构，它们的产品之间很难实现互联。为此，国际标准化组织在1984年正式颁布了“开放系统互连参考模型”，即OSI国际标准，从而使计算机通信网络体系结构实现了标准化。

进入20世纪90年代，计算机技术、通信技术以及建立在计算机和网络技术基础上的计算机通信网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施（National Information Infrastructure，NII）后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机通信网络技术的发展，使计算机通信网络进入了一个崭新的阶段。

21世纪是计算机通信网络技术发展的鼎盛时期。计算机网络技术的进步促进了网络应用的普及，而网络应用的新需求又推动了计算机网络的新发展。新世纪计算机网络技术在以下几方面有更大的发展：网络的高速化、通信网络的综合服务和宽带化、网络智能化、网络标准化、通信的可移动性和网络的安全性。

目前，全球以美国为核心的高速计算机互联网络（即Internet）已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。美国政府开始研究发展更加快速可靠的互联网和下一代互联网（Next Generation Internet）。可以说，网络互联和高速计算机通信网络正成为最新一代的计算机通信网络的发展方向。

二、计算机通信网络的分类

计算机通信网络的分类方式有很多种，可以按地理范围、传输速率、传输介质和拓扑结构等进行分类。

1．按地理范围分类

按地理范围分，计算机通信网络分为局域网（Local Area Network，LAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）和广域网（Wide Area Network，WAN）。

局域网的地理范围一般在几百米到10km之内，属于小范围内的联网。如一个建筑物内、一个学校内、一个工厂的厂区内等。局域网的组建简单、灵活，使用方便。

城域网的地理范围可从几十公里到上百公里，可覆盖一个城市或地区，是一种中等型式的网络。

广域网的地理范围一般在几千公里左右，属于大范围联网。如几个城市，一个或几个国家，是网络系统中最大型的网络；能实现大范围的资源共享，如国际性的Internet网络。

2．按传输速率分类

网络的传输速率有快有慢，传输速率快的称为高速网，传输速率慢的称为低速网。传输速率的单位是b/s（bit/s，每秒比特数）。一般将传输速率在kb/s～Mb/s范围的网络称为低速网，在Mb/s～Gb/s范围的网络称为高速网。

3．按传输介质分类

传输介质是指数据传输系统中发送装置和接收装置间的物理媒体，按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。

传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网，常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。

采用无线介质连接的网络称为无线网。目前无线网主要采用三种技术：微波通信、红外线通信和激光通信。这三种技术都是以大气为介质的。其中微波通信用途最广，目前的卫星网就是一种特殊形式的微波通信，它利用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号，一个同步卫星可以覆盖地球的1/3以上表面，三个同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。

4．按拓扑结构分类

连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看做网络上的一个节点，也称为工作站。计算机通信网络中节点的物理连接形式叫做网络的物理拓扑结构。计算机通信网络中常用的拓扑结构有总线型、星型、环型、树型等。

总线型拓扑结构是一种共享通路的物理结构。这种结构中的总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连接，总线一般采用同轴电缆或双绞线。总线型拓扑结构的优点是：安装容易，扩充或删除一个节点很容易，不需要停止网络的正常工作，节点的故障不会殃及系统。由于各个节点共用一个总线作为数据通路，信道的利用率高。但总线结构也有其缺点：由于信道共享，连接的节点不宜过多，并且总线自身的故障可以导致系统的崩溃。

星型拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用于局域网，特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作为连接线路。星型拓扑结构的特点是：安装容易，结构简单，费用低，通常以集线器（Hub）作为中央节点，便于维护和管理。中央节点的正常运行对网络系统来说至关重要。

环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备，每一台设备都配有一个收发器，信息在每台设备上的延时时间固定。这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。环型拓扑结构的特点是：安装容易，费用较低，电缆故障容易查找和排除。有些网络系统为了提高通信效率和可靠性，采用了双环结构，即在原有的单环上再套一个环，使每个节点都具有两个接收通道。环型网络的弱点是，当节点发生故障时，整个网络就不能正常工作。

树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树，与总线拓扑结构相比，主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆，用于军事单位、政府部门等上下界限相当严格和层次分明的部门。树型拓扑结构的优点是容易扩展，故障也容易分离处理；缺点是整个网络对根的依赖性很大，一旦网络的根发生故障，整个系统就不能正常工作。

三、嵌入式通信网络技术

嵌入式网络通信技术是以嵌入式系统为核心的网络通信技术，它涉及嵌入式通信设备、信息处理设备、通信软件、应用软件等方面，是计算机网络通信技术的一个发展方向。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统，可以很好地满足计算机网络通信系统对实时性、可靠性和功耗等指标的要求。特别是在计算机通信网络接入设备中引入实时操作系统，更可以极大地提高系统的灵活性、规范性和扩展能力，并大大减小程序编写的工作量，而且减少了出错的可能，保证最终程序具有高可靠性。

目前，Internet是覆盖率极广、联网设备众多、协议完善、功能强大的一种通信网络，已经成为信息社会重要的信息基础设施，是重要的信息流通渠道。具备互联网络的接入功能，已经成为嵌入式系统的发展方向之一。而在通信设备中引入这一功能，更可以将处于不同地域的多个设备组成一个统一的整体，实现数据共享和统一管理，大大提高了通信网络系统的功能。

随着计算机技术和网络技术的发展，利用嵌入式计算机系统和网络技术，组成嵌入式网络化通信设备，可以很好地解决分散设备的接入问题。

四、嵌入式网络通信设备组成

嵌入式网络通信设备由控制部分和网络部分组成。控制部分实际上是一个小型的、简单的数据采集控制系统，实现通信设备的控制和数据的采集。网络部分用于实现网络通信功能。这两者都属于“嵌入式系统”的范畴，它们通过双口RAM（Random Access Memory）交换数据。整个通信设备有两块CPU，分别控制通信设备的控制部分和网络部分，以利于系统的升级。

在通信设备内部集成一个嵌入式网络服务器，授权用户就可以在任何有电话的地方，通过Internet/Intranet控制或管理设备；系统设计者也可以通过网络对通信设备进行动态的配置，对通信设备软件进行升级，对通信设备进行必要的维护工作。

设计嵌入式网络通信设备，可以采用32位微处理器（如ARM），外加RTOS；也可以由低档的八位机组成嵌入式通信设备，采用专用的网络（如RS 485、CAN BUS等）把若干个嵌入式通信设备连接在一起，再与PC机相连；还可以利用八位单片机组成直接接入Internet的嵌入式网络通信设备。

在嵌入式系统中实现嵌入式网络服务器（Embedded Web server），是嵌入式TCP/IP协议栈的典型应用，也是嵌入式系统智能化、网络化发展的趋势。嵌入式网络服务器可以让用户通过浏览器（如IE等）对系统进行监控、管理。在Internet已经深入影响人们生活、工作各方面的今天，这种方式更符合人们的使用习惯。

嵌入式网络服务器的实现关键在于使通信设备支持HTTP协议，它基于服务请求和服务应答模式，客户端连接到服务器的80号TCP端口，发送一个请求，并等待服务器的应答。客户端发送的请求由一个请求方法、URI（统一资源标识符）、协议版本和可能的实体内容组成；服务器发送的响应由一个状态行（包括协议版本和表示成功或者失败的3位数字代码）、实体信息和可能的实体内容组成。

目前，通信设备的嵌入式网络服务器功能比较简单，向客户端发送的响应消息中Entity-Header只包含了其中必要的两个信息：Content-type和Content-length。

五、嵌入式操作系统

完成通信设备功能的基础上，为了进一步提高通信设备性能，在软件设计中引入了嵌入式操作系统，也叫做实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）。它具有适应于嵌入式实时应用系统的管理功能，包括任务管理、时间管理、任务之间的通信与同步、内存管理等功能，同时具有可移植、可固化、可裁减、抢占式多任务、函数和服务的执行时间可确定等优点，并能够提供系统服务和中断管理，具有极高的稳定性和可靠性。

嵌入式操作系统是一个前后台系统，其应用程序是一个无限循环，循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看成后台行为；中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成前台行为。时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务来保证的。因为中断服务提供的信息一直要等到后台程序走到应该处理该信息的时间段才能得到处理，这种系统在处理信息的及时性上，比实际可以做到的要差。这个指标称作任务级响应时间。最坏情况下的任务级响应时间取决于整个循环的执行时间。因为循环的执行时间不是常数，所以程序经过某一特定部分的准确时间也是不能确定的。进而，如果程序修改了，循环的时序也会受到影响。因此，前后台系统的各个函数是按照一定的顺序轮换执行的。不能保证对中断信息的实时响应。

嵌入式操作系统是一个多任务系统，每个任务均有一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。在编写程序时，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行的各种可能情况记在心中，从而大大减小了程序编写的工作量，而且减少了出错的可能，保证最终程序具有高可靠性。

总之，嵌入式网络通信设备直接接入Internet，可以充分利用现有电话网络，大大降低了信息的采集成本，用户可以随时掌握各类通信情况，发现问题，及时解决，可以实现交通不便地域的通信设备的远程通信控制。

六、小结

计算机通信网络是用通信设备和线路，将处在不同地方和空间位置、操作相对独立的多个计算机连接起来构成的，再配置一定的系统和应用软件，在原本独立的计算机之间实现软硬件资源共享和信息传递。计算机通信网络由软件和硬件组成，通信协议是典型的通信网络软件，计算机以及网络通信设备是典型的硬件。而嵌入式网络通信技术是目前计算机通信网络的一个发展方向。

七、企业对通信网络的需求

LAN的局限性

随着网络的迅速发展，用户对于网络数据通信的安全性提出了更高的要求，诸如防范******、控制病毒传播等，都要求保证网络用户通信的相对安全性；传统的解决方法是给每个客户分配一个VLAN和相关的IP子网，通过使用VLAN，每个客户被从第2层隔离开，可以防止任何恶意的行为和Ethernet的信息探听。 然而，这种分配每个客户单一VLAN和IP子网的模型造成了巨大的可扩展方面的局限。这些局限主要有下述几方面。

（1）VLAN的限制：交换机固有的VLAN数目的限制；

（2）复杂的STP：对于每个VLAN，每个相关的Spanning Tree的拓扑都需要管理；

（3）IP地址的紧缺：IP子网的划分势必造成一些IP地址的浪费；

（4）路由的限制：每个子网都需要相应的默认网关的配置。

PVLAN技术

现在有了一种新的VLAN机制，所有服务器在同一个子网中，但服务器只能与自己的默认网关通信。这一新的VLAN特性就是专用VLAN（Private VLAN）。在Private VLAN的概念中，交换机端口有三种类型：Isolated port，Community port, Promisc-uous port；它们分别对应不同的VLAN类型：Isolated port属于Isolated PVLAN，Community port属于Community PVLAN，而代表一个Private VLAN整体的是Primary VLAN，前面两类VLAN需要和它绑定在一起，同时它还包括Promiscuous port。在Isolated PVLAN中，Isolated port只能和Promiscuous port通信，彼此不能交换流量；在Community PVLAN中，Community port不仅可以和Promiscuous port通信，而且彼此也可以交换流量。Promiscuous port 与路由器或第3层交换机接口相连,它收到的流量可以发往Isolated port和Community port。PVLAN的应用对于保证接入网络的数据通信的安全性是非常有效的，用户只需与自己的默认网关连接，一个PVLAN不需要多个VLAN和IP子网就提供了具备第2层数据通信安全性的连接，所有的用户都接入PVLAN，从而实现了所有用户与默认网关的连接，而与PVLAN内的其他用户没有任何访问。PVLAN功能可以保证同一个VLAN中的各个端口相互之间不能通信，但可以穿过Trunk端口。这样即使同一VLAN中的用户，相互之间也不会受到广播的影响。

园区网络通信量巨大，接入方式繁多，相比于核心层、汇聚层设备，面临更多的安全威胁和性能瓶颈。终端设备不断向多样化发展，企业业务也在向IP化迁移，这些都对园区网络的多业务承载能力和可靠性提出了日益苛刻的要求。为满足不同客户的业务需求，华为推出了S5700系列盒式交换机。

特点一: 高密千兆端口接入，解决园区网络接入带宽瓶颈

S5710-EI 交换机整机支持64个千兆端口，最高支持8个万兆端口；S5710-HI交换机即将推出96个千兆+8个万兆+4个40GE端口产品，在端口密度和端口配置灵活性上均问鼎业界第一。超强的能力，面对越来越复杂的接入场景，也能从容做到处"乱"不惊，端口组合上的"多面"能够帮助用户节约投资，降低成本。

特点二: 全面支持传统业务与创新业务，轻松满足不同企业需求

面对企业园区繁多的业务需求，S5700具有多面手的特点：S5700-SI提供千兆接入，万兆上行，适合于简单三层组网、小园区汇聚场景；S5700-EI具有完善的三层路由功能，适合于小园区核心场景；S5710-EI 端口组合方式灵活，适合于三层高密千兆/万兆接入、汇聚场景；S5700-HI支持MPLS×××业务，构建虚拟园区，适合于园区高端接入、汇聚，小企业核心等场景；正在开发中的S5710-HI交换机还支持防火墙及WLAN等增值业务。完善的功能，持续创新的能力，使S5700系列交换机成为各行业客户的明智选择。此外，S5700的智能PoE功能支持终端设备智能识别，即插即用。

特点三: 全方位安全保护，为用户业务稳定运行保驾护航

保证各种企业业务可靠运行是对企业园区网络的基础要求，特别是语音、视频等业务流量，在接入层交换机上需要保证零丢包、零故障。S5700系列交换机为用户业务稳定运行提供"多面"保障，支持软硬件故障链路检测，最快实现3.3ms发包频率。支持多种协议联动，所有网络故障做到亚秒级恢复。华为独有智能以太网保护协议SEP，支持半环、封闭环、多环等各种不规则组网，同时在业界第一家做到与其他厂家设备共组网，充分保护用户投资。

华为S5700系列交换机通过北美Miercom第三方权威认证 ，并获得全球首张通信类产品IEC62368安全证书，国内第一张交换机产品碳足迹认证证书。S5700、系列交换机将带给用户更多的选择，帮助投资者打造更富竞争力的园区网络。