1.5 计算机网络技术发展趋势
第 1章 计算机网络概论
2
1.5 计算机网络技术发展趋势
人们常用 C&C（ computer and communication）来描述计算
机网络，但从系统的观点看，这还很不够。固然计算机和通
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
并不是计算机和通信系统的简单结合，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 。
因此，对于现代计算机网络的研究和分析，应该特别强调
,计算机网络是系统, 的观点，站在更高的高度来重新认识
计算机网络结构、性能及网络工程技术和网络实际应用中的
重要问题，便于把握计算机网络的发展趋势。
第 1章 计算机网络概论
3
1.5 计算机网络技术发展趋势
1,计算机网络的支撑技术
从 系统的观点 看,计算机网络是由单个结点和连结这些结
点的链路所组成 。
单个结点主要是连入网内的计算机以及负责通信功能的结
点交换机、路由器,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。
网络的另一个组成部分就是通信链路,负责所有结点间的
通信，通信链路的一个重要支撑就是 光电子技术 。为了对计
算机网络的发展有所把握，我们首先要对计算机网络的两个
重要的支撑技术，即微电子技术和光电子技术做深入探讨。
第 1章 计算机网络概论
4
1.5 计算机网络技术发展趋势
微电子技术的发展是信息产业发展的基础,也是驱动信息
革命的基础 。其发展速度是惊人的，可用 摩尔定理 来预测，
微电子芯片的计算功能每 18个月提高一倍。这一发展趋势到
2010年趋于成熟，那时 芯片最多可包含 1010个元件,理论上
的物理极限是每个芯片可包含 1011个元件。对于典型的传统
逻辑电路，每个芯片可包含的元件数少于 108到 109个。每个
芯片的实际元件数可能因经济上的限制而低于物理上的极限
值。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
自 1980年以来，微处理器的速度一直以每 5年 10倍的速度增长。
PC的处理能力在 2000年达 103MIPS（ Million Instructions
Per Second）, 预测在 2011可达 105MIPS。
Metcalfe定理 用于预测网络性能的增长，该定理预测网络性能
的增长是连到网上 PC的能力的平方。这表示网络带宽的增长率
是每年 3倍。 不久的将来会出现每秒 1015位的网络频宽需求 。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
驱动信息革命的另一个支撑技术是光电子技术 。光电子技术是一个
较为庞大的领域，可应用于信息处理的各个环节，这里我们讨论的是
在信息传输中的光电子技术 —— 光纤通信 。
评价光纤传输发展的 标准 是 传输的比特率和信号需要再生前可传输
的距离的乘积,在过去 10年间，该性能每年翻一番，这种增长速度可
望持续 10到 15年。
第一代 光纤传输使用 0.8μm波长的激光器，传输速率可达 280Mbps。
第二代 使用 1.3μm波长的激光器和单模光纤，传输速率可达 560Mbps。
第三代 使用单频 1.5μm波长的激光器和单模光纤。目前使用的 第四代 采
用光放大器，数据传输率可达 10G～ 20Gbps。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
2,计算机网络的关键技术
上面我们从系统物理组成的角度分析了计算机网络的发展
趋势，下面我们再从系统的层次结构对计算机网络做一分析。
计算机网络架构的发展方向将是 IP技术 +光网络, 光网络将
会演进为全光网络 。
从网络的 服务层 面上看将是一个 IP的世界；从 传送层 面上
看将是一个光的世界；从 接入层 面上看将是一个有线和无线
多元化的世界。
为此，目前比较关键的技术主要有 软交换技术, IPv6技术,
光交换与智能光网络技术, 宽带接入技术, 3G以上的移动通
信系统技术等。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 1）软交换技术
为了 把服务控制功能和网络资源控制功能与传送功能完全
分开,需要应用软交换技术。根据新的网络功能模型分层，
计算机网络将分为 接入与传输层, 媒体层, 控制层, 业务／
应用层 （也叫网络服务层）四层，从而可对各种功能作不同
程度的集成。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 2） IPv6技术
未来的计算机网络是基于 IPv6技术的网络。现有的 IPv4技
术在地址空间方面有很大的局限性，已成为网络发展的最大
障碍。此外,IPv4在 服务质量，传送速度，安全性，支持移
动性与多播 等方面也有局限性，这些局限性妨碍着网络的发
展，使许多服务与应用难以开展。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 3）光交换与智能光网络技术
尽管波分复用光纤通信系统有巨大的传输容量，但它只提
供了原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实现更加有效与
更加灵活的组网能力。
当前组网技术正从具有 上下光路复用 (OADM)和 光交叉连
接 (OXC)功能的光联网向由光交换机构成的智能光网络发展：
从环形网向网状网发展；从光 —— 电 —— 光交换向全光交换
发展。即在光联网中引入自动波长配置功能，也就是 自动交
换光网络 (ASON)，使静态的光联网走向动态的光联网。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 4）宽带接入技术
计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带服务
与应用才有可能开展 。因为只有接入网的带宽瓶颈问题被解
决后，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前
宽带接入技术有很多种，但只要不和光纤或光结合的技术，
就是过渡的技术，而不是下一代网络应用的技术。目前 光纤
到户 （ FTTH）的成本已下降至每户 100～ 200美元，即将为
多数用户接受。因此有两个新技术要介绍，一个是基于 以太
网无源光网络 （ EPON）的光纤到户技术，一个是 自由空间
光系统 （ FSO）。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 5） 3G以上的移动通信系统技术
3G系统比现用的 2G和 2.5G系统传输容量更大，灵活性更
高，它以多媒体业务为基础，已形成世界家族式的标准，并
将引入新的商业模式。
当前正处于大规模商用的关键时刻。 3G以上包括后 3G，
4G，乃至 5G系统将更是以宽带多媒体业务为基础，使用更
高更宽的频带，传输容量会更上一层楼。它们在不同网络间
无缝的连接，提供满意的服务；网络可以自行组织，终端可
以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信在内的端到端
的 IP系统，可与其它技术共享一个 IP核心网。它们都是构成
下一代移动互联网的基础设施。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
3,计算机网络研究热点
在以上技术的带动下，计算机通信网将是一个包括地下的
光缆、地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上数百至数千公
里的低轨道卫星通信，一万公里左右的中轨道卫星通信，以
及三点六万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合
系统。在这样一个复杂的系统的支持下，并由人们实际需求
的推动，以下五个方面将成为计算机网络发展的热点。
?下一代 Web研究
? 网络计算
? 业务综合化
? 移动通信
? 网络安全与管理
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
人们常用 C&C（ computer and communication）来描述计算
机网络，但从系统的观点看，这还很不够。固然计算机和通
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
并不是计算机和通信系统的简单结合，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 。
因此，对于现代计算机网络的研究和分析，应该特别强调
,计算机网络是系统, 的观点，站在更高的高度来重新认识
计算机网络结构、性能及网络工程技术和网络实际应用中的
重要问题，便于把握计算机网络的发展趋势。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
1,计算机网络的支撑技术
从 系统的观点 看,计算机网络是由单个结点和连结这些结
点的链路所组成 。
单个结点主要是连入网内的计算机以及负责通信功能的结
点交换机、路由器,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。
网络的另一个组成部分就是通信链路,负责所有结点间的
通信，通信链路的一个重要支撑就是 光电子技术 。为了对计
算机网络的发展有所把握，我们首先要对计算机网络的两个
重要的支撑技术，即微电子技术和光电子技术做深入探讨。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
微电子技术的发展是信息产业发展的基础,也是驱动信息
革命的基础 。其发展速度是惊人的，可用 摩尔定理 来预测，
微电子芯片的计算功能每 18个月提高一倍。这一发展趋势到
2010年趋于成熟，那时 芯片最多可包含 1010个元件,理论上
的物理极限是每个芯片可包含 1011个元件。对于典型的传统
逻辑电路，每个芯片可包含的元件数少于 108到 109个。每个
芯片的实际元件数可能因经济上的限制而低于物理上的极限
值。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
自 1980年以来，微处理器的速度一直以每 5年 10倍的速度增长。
PC的处理能力在 2000年达 103MIPS（ Million Instructions
Per Second）, 预测在 2011可达 105MIPS。
Metcalfe定理 用于预测网络性能的增长，该定理预测网络性能
的增长是连到网上 PC的能力的平方。这表示网络带宽的增长率
是每年 3倍。 不久的将来会出现每秒 1015位的网络频宽需求 。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
驱动信息革命的另一个支撑技术是光电子技术 。光电子技术是一个
较为庞大的领域，可应用于信息处理的各个环节，这里我们讨论的是
在信息传输中的光电子技术 —— 光纤通信 。
评价光纤传输发展的 标准 是 传输的比特率和信号需要再生前可传输
的距离的乘积,在过去 10年间，该性能每年翻一番，这种增长速度可
望持续 10到 15年。
第一代 光纤传输使用 0.8μm波长的激光器，传输速率可达 280Mbps。
第二代 使用 1.3μm波长的激光器和单模光纤，传输速率可达 560Mbps。
第三代 使用单频 1.5μm波长的激光器和单模光纤。目前使用的 第四代 采
用光放大器，数据传输率可达 10G～ 20Gbps。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
2,计算机网络的关键技术
上面我们从系统物理组成的角度分析了计算机网络的发展
趋势，下面我们再从系统的层次结构对计算机网络做一分析。
计算机网络架构的发展方向将是 IP技术 +光网络, 光网络将
会演进为全光网络 。
从网络的 服务层 面上看将是一个 IP的世界；从 传送层 面上
看将是一个光的世界；从 接入层 面上看将是一个有线和无线
多元化的世界。
为此，目前比较关键的技术主要有 软交换技术, IPv6技术,
光交换与智能光网络技术, 宽带接入技术, 3G以上的移动通
信系统技术等。
第 1章 计算机网络概论
8
1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 1）软交换技术
为了 把服务控制功能和网络资源控制功能与传送功能完全
分开,需要应用软交换技术。根据新的网络功能模型分层，
计算机网络将分为 接入与传输层, 媒体层, 控制层, 业务／
应用层 （也叫网络服务层）四层，从而可对各种功能作不同
程度的集成。
第 1章 计算机网络概论
9
1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 2） IPv6技术
未来的计算机网络是基于 IPv6技术的网络。现有的 IPv4技
术在地址空间方面有很大的局限性，已成为网络发展的最大
障碍。此外,IPv4在 服务质量，传送速度，安全性，支持移
动性与多播 等方面也有局限性，这些局限性妨碍着网络的发
展，使许多服务与应用难以开展。
第 1章 计算机网络概论
10
1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 3）光交换与智能光网络技术
尽管波分复用光纤通信系统有巨大的传输容量，但它只提
供了原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实现更加有效与
更加灵活的组网能力。
当前组网技术正从具有 上下光路复用 (OADM)和 光交叉连
接 (OXC)功能的光联网向由光交换机构成的智能光网络发展：
从环形网向网状网发展；从光 —— 电 —— 光交换向全光交换
发展。即在光联网中引入自动波长配置功能，也就是 自动交
换光网络 (ASON)，使静态的光联网走向动态的光联网。
第 1章 计算机网络概论
11
1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 4）宽带接入技术
计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带服务
与应用才有可能开展 。因为只有接入网的带宽瓶颈问题被解
决后，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前
宽带接入技术有很多种，但只要不和光纤或光结合的技术，
就是过渡的技术，而不是下一代网络应用的技术。目前 光纤
到户 （ FTTH）的成本已下降至每户 100～ 200美元，即将为
多数用户接受。因此有两个新技术要介绍，一个是基于 以太
网无源光网络 （ EPON）的光纤到户技术，一个是 自由空间
光系统 （ FSO）。
第 1章 计算机网络概论
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1.5 计算机网络技术发展趋势
（ 5） 3G以上的移动通信系统技术
3G系统比现用的 2G和 2.5G系统传输容量更大，灵活性更
高，它以多媒体业务为基础，已形成世界家族式的标准，并
将引入新的商业模式。
当前正处于大规模商用的关键时刻。 3G以上包括后 3G，
4G，乃至 5G系统将更是以宽带多媒体业务为基础，使用更
高更宽的频带，传输容量会更上一层楼。它们在不同网络间
无缝的连接，提供满意的服务；网络可以自行组织，终端可
以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信在内的端到端
的 IP系统，可与其它技术共享一个 IP核心网。它们都是构成
下一代移动互联网的基础设施。
第 1章 计算机网络概论
13
1.5 计算机网络技术发展趋势
3,计算机网络研究热点
在以上技术的带动下，计算机通信网将是一个包括地下的
光缆、地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上数百至数千公
里的低轨道卫星通信，一万公里左右的中轨道卫星通信，以
及三点六万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合
系统。在这样一个复杂的系统的支持下，并由人们实际需求
的推动，以下五个方面将成为计算机网络发展的热点。
?下一代 Web研究
? 网络计算
? 业务综合化
? 移动通信
? 网络安全与管理
