Uses of Computer Networks
Before we start to examine the technical issues in detail, it is worth devoting some time to pointing out why people are interested in computer networks and what they can be used for. After all, if nobody were interested in computer networks, few of them would be built. We will start with traditional uses at companies and for individuals and then move on to recent developments regarding mobile users and home networking.
1. Business Applications
Many companies have a substantial number of computers. For example, a company may have separate computers to monitor production, keep track of inventories, and do the payroll. Initially, each of these computers may have worked in isolation from the others, but at some point, management may have decided to connect them to be able to extract and correlate information about the entire company.
Put in slightly more general form, the issue here is resource sharing, and the goal is to make all programs, equipment, and especially data available to anyone on the network without regard to the physical location of the resource and the user. An obvious and widespread example is having a group of office workers share a common printer. None of the individuals really needs a private printer, and a high-volume networked printer is often cheaper, faster, and easier to maintain than a large collection of individual printers.
However, probably even more important than sharing physical resources such as printers, scanners, and CD burners, is sharing information. Every large and medium-sized company and many small companies are vitally dependent on computerized information. Most companies have customer records, inventories, accounts receivable, financial statements, tax information, and much more online. If all of its computers went down, a bank could not last more than five minutes. A modern manufacturing plant, with a computer-controlled assembly line, would not last even that long. Even a small travel agency or three-person law firm is now highly dependent on computer networks for allowing employees to access relevant information and documents instantly.
For smaller companies, all the computers are likely to be in a single office or perhaps a single building, but for larger ones, the computers and employees may be scattered over dozens of offices and plants in many countries. Nevertheless, a sales person in New York might sometimes need access to a product inventory database in Singapore. In other words, the mere fact that a user happens to be 15,000 km away from his data should not prevent him from using the data as though they were local. This goal may be summarized by saying that it is an attempt to end the tyranny of geography.
In the simplest of terms, one can imagine a companys information system as consisting of one or more databases and some number of employees who need to access them remotely. In this model, the data are stored on powerful computers called servers. Often these are centrally housed and maintained by a system administrator. In contrast, the employees have simpler machines, called clients, on their desks, with which they access remote data, for example, to include in spreadsheets they are constructing. (Sometimes we will refer to the human user of the client machine as the client, but it should be clear from the context whether we mean the computer or its user.) The client and server machines are connected by a network, as illustrated in Fig. 1-1. Note that we have shown the network as a simple oval, without any detail. We will use this form when we mean a network in the abstract sense. When more detail is required, it will be provided.
Figure 1-1. A network with two clients and one server.
This whole arrangement is called the client-server model. It is widely used and forms the basis of much network usage. It is applicable when the client and server are both in the same building (e.g., belong to the same company), but also when they are far apart. For example, when a person at home accesses a page on the World Wide Web, the same model is employed, with the remote Web server being the server and the users personal computer being the client. Under most conditions, one server can handle a large number of clients.
If we look at the client-server model in detail, we see that two processes are involved, one on the client machine and one on the server machine. Communication takes the form of the client process sending a message over the network to the server process. The client process then waits for a reply message. When the server process gets the request, it performs the requested work or looks up the requested data and sends back a reply. These messages are shown in Fig. 1-2.
Figure 1-2. The client-server model involves requests and replies.
A second goal of setting up a computer network has to do with people rather than information or even computers. A computer network can provide a powerful communication medium among employees. Virtually every company that has two or more computers now has e-mail (electronic mail), which employees generally use for a great deal of daily communication. In fact, a common gripe around the water cooler is how much e-mail everyone has to deal with, much of it meaningless because bosses have discovered that they can send the same (often content-free) message to all their subordinates at the push of a button.
But e-mail is not the only form of improved communication made possible by computer networks. With a network, it is easy for two or more people who work far apart to write a report together. When one worker makes a change to an online document,
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计算机网络的应用
在我们深究技术问题之前，需要花一些时间强调计算机网络的用途以及人们对计算机网络感兴趣的原因。毕竟，如果人们没有对计算机网络感兴趣，计算机网络就不会被建立。我们的介绍将从公司和个人对于计算机网络的传统用途开始，直至有关移动用户和家庭网络的最新发展。
- 商业应用
许多公司都有大量的计算机。例如，一家公司可能有专门的计算机来监视生产、跟踪库存以及进行工资核算。最初，这些计算机中的每一个都是单独工作的，但是在某个时候，管理层可能决定将它们连接起来，以便能够提取和关联整个公司的信息。
概括地说，这里的关键是资源共享，目标是让网络上的所有用户都可以使用所有程序、设备，尤其是数据，而无需考虑资源和用户的物理位置。一个典型的例子是让一组办公室工作人员共享一台打印机。私人打印机的需求很少，且与大量的私人打印机相比，一个大容量的网络打印机通常更便宜，打印速度更快并且更易于维护。
但是，共享信息可能比共享打印机、扫描仪或者CD机等物理设备资源更为重要。所有的大中型公司以及大量的小型公司都非常依赖数据信息。大多数公司内部都有客户记录、库存、应收账款、财务报表、税务信息等在线信息。如果一家银行内的所有计算机都坏了，这家银行将无法维持超过5分钟的运作。若类似的情况发生在一个拥有计算机控制的装配线的现代化制造工厂，这个时间会更短。现如今，即使是小型旅行社或只有三个员工的律师事务所，也高度依赖计算机网络来保证员工随时访问工作相关的信息和文件。
对于较小的公司，它所有计算机都可能位于某个办公室或某个办公楼中。但是对于更大的公司，它的计算机和员工可能分散在许多个国家的许多个办公室或工厂中。所以，就会出现纽约的销售人员需要访问新加坡的产品库存数据库的情况。换句话说，即使用户和他所需的数据间隔15,000公里，他也应该像本地用户一样能够使用到该数据。这种目标可以被概括为是一种结束“地理专制”的期望。
用最简单的术语来说，可以想象一家公司的信息系统由一个或多个数据库以及一些需要远程访问它们的员工组成。在此模型中，数据存储在被称为“服务器”的功能强大的计算机上，它们通常由系统管理员集中存放和维护。相比之下，员工的办公桌上有使用起来更简单的计算机“客户端”，它可用于访问远程数据，比如将数据提取并写入他们所需要操作的电子表格中。（有时，我们将使用客户端计算机的用户称为“客户端”，但上下文可以帮助我们理解这个词在该处指的是计算机或是用户。）客户端和服务器是通过网络连接的，如图1-1所示。请注意，我们已将网络显示为一个没有任何细节的简单椭圆形，当我们表示抽象意义上的网络时，都将采用这种形式，后续如果有需要，会在此基础之上提供更多的细节。
图1 具有两个客户端和一个服务器的网络
这种模型被称为客户端-服务器模型。它不仅被我们广泛地使用，也构成了许多网络运行的基础。它适用于客户端和服务器都在同一栋楼的情况(如都属于同一家公司)，也适用于它们相距很远的情况。举个例子，当一个人在家中访问万维网上的页面时，就采用了相同的模型，其中远程Web服务器是“服务器”，而用户的个人计算机是“客户端”。在大多数情况下，一台服务器可以处理大量客户端。
如果我们仔细观察这个模型，就会发现它其实包含两个进程，一个在客户端计算机上实现，一个在服务器计算机上实现。整个通信流程采用客户端进程通过网络向服务器进程发送消息的形式。接下来，客户端进程等待回复消息。当服务器进程收到请求消息时，它将执行请求给予它的工作命令，或是查找请求所需要的数据并发送回去。流程如图1-2所示。
图2 客户-服务器模型包含请求和答复
建立计算机网络的第二个目标与人有关，而不是与信息甚至计算机有关。计算机网络可以为员工之间提供强大的通信介质。几乎每个拥有两台或更多台计算机的公司现在都有e-mail（电子邮件），员工们通常用它来进行大量的日常交流。实际上，人们在饮水机旁普遍抱怨的是，每个人都要处理许多邮件，其中很多都是毫无意义的，因为老板们发现，他们只需按下一个按钮，就可以向所有下属发送同样（通常无意义）的信息。
但是电子邮件并不是计算机网络所带来的唯一的通讯方式。借助网络，两个或两个以上相互分散工作的人可以很容易地一起编写报告。当一个员工对在线文档进行修改时，其他人可以立即看到这个修改，而不必等待几天才能收到一封信。这种交流之间的加速使得原本不可能实现的遥远人群之间的合作变得容易起来。
视频会议也是计算机辅助通信的另一种形式。利用这项技术，相距甚远的员工可以互相召开会议，看到、听到对方的声音，甚至可以在共享的虚拟黑板上写字。视频会议是一种强大的工具，可以减少以前因为交流而用于旅行的成本和时间。有时人们说，通讯和交通就像一场竞赛，谁赢了谁就可以淘汰另一方。
第三个目标，也是越来越多的公司已经开始着手实施的目标，是自己公司与其他公司，尤其是与自己的供应商和客户之间进行的线上交易。例如，汽车、飞机和计算机等的制造商从各种不同的供应商那里购买子模块，然后组装这些模块。使用计算机网络，制造商可以根据需要以线上方式下订单。能够实时（即根据需要）下订单，因此可以减少对大量库存的需求，提高效率。
第四个目标也开始逐渐引起人们的重视，那就是通过互联网与消费者做生意。航空公司，书店和音乐销售商发现，许多顾客非常享受足不出户就可以购物的便利。因此，许多公司在网上提供自己的商品和服务的清单，并在网上接收订单。由此可见，电子商务这个行业的未来潜力不可估量。
- 家庭应用
1977年，肯·奥尔森（Ken Olsen）担任数字设备公司（Digital Equipment Corporation）的总裁，该公司当时是全球第二大计算机供应商（仅次于IBM）。当被问及为何Digital不大举进军个人电脑市场时，他说：“没有任何人会有在自己家里拥有一台计算机的想法。” 历史证明事实并非如此，Digital的时代已不复存在。为什么人们会购买家用电脑？一开始是因为文字处理和游戏的需求，但近年来情况发生了根本性的变化。就现在的状况来讲，最大的原因可能是互联网的普及。以下是一些较受家庭用户欢迎的互联网用途：
访问远程信息。
人与人之间的交流。
互动娱乐。
电子商务。
访问远程信息有多种形式：可以是网上冲浪以获取信息或仅仅只为娱乐。可获得的信息包括艺术、商业、烹饪、政府、健康、历史、爱好、娱乐、科学、体育、旅游等。娱乐的方式则有很多种，还有更多更好的还没有提及。
许多报纸已经上传到网络并且可以实现个性化定制。例如，有时你可能会告诉报纸，你想要所有包含腐败的政客，大火，涉及名人的丑闻和流行病的消息，但不想要足球新闻。有时候，你甚至可以把选中的文章在睡觉的时候下载到硬盘上，或者在早餐前就用打印机打印出来。随着这种趋势的继续，大量12岁的报童将会失业，但报纸商喜欢这种模式，因为分销一直是整个产业生产链中最薄弱的一环
步入报纸（以及杂志和科学期刊）后尘的将会是在线数字图书馆。许多专业组织，例如ACM（www.acm.org）和IEEE计算机协会（www.computer.org），已经有许多在线的期刊和会议记录，其他的团体也正在迅速跟进。由于只有一本书大小的笔记本电脑的成本、大小和重量方面的优势，印刷书籍可能会过时。对这种观点抱有怀疑态度的人需要先参考印刷机是如何对中世纪照明手稿产生影响的这一历史教训。
上述所有应用程序都涉及到人与充满信息的远程数据库之间的交互。而网络使用的第二大类别则是人与人之间的通信，这基本上是21世纪对19世纪电话这一发明的回应。电子邮件已经被全世界数以百万计的人每天使用，而且人数和频率还在迅速增长。音频、视频、文本和图片的发送在电子邮件上已经稀松平常，不过发送气味可能还需要一段时间。
任何一个年轻人都会对即时通讯上瘾。这个功能源于1970年左右开始使用的UNIX 对话程序，它可以让两个人实时地相互输入消息。这种应用的多人版本则是聊天室，一群人可以在里面输入消息给所有人看。
来自世界各地的新闻组们，各自讨论所有能想到的话题，在一些特定的人群中已经很普遍了，而且有朝一日，所有的人们都将参与到这一现象中去。在这些新闻组中，一旦某个人发布一条消息，新闻组的所有其他成员就都能看到它，并加入到这次或幽默或激情的讨论中去。与聊天室不同的是，新闻组不是实时的，所有被发布的消息被留存，因此当某人暂时脱离再归来时，在此期间新闻组内所有发布的消息都将耐心地等待被阅读。
另一种人与人之间的通信通常被称为点对点通信，以区别于客户机-服务器模型(Parameswaran et al.，2001)。在这种形式中，形成松散群体的个体可以与群体中的其他个体进行交流，如图1-3所示。原则上，每个人都可以与一个或多个人进行交流，而且机器间是没有固定的关于客户端和服务器的划分的。
图3 在点对点系统中，没有固定的客户端或服务器
2000年左右，点对点通信的发展达到了顶峰。当时有一项叫做Napster的服务，在其鼎盛时期有超过5000万的音乐爱好者通过它交换音乐资源，造成了可能是史上最大的版权侵权事件（Lam和Tan，2001；马其顿，2000）。这个技术的想法其实非常简单，使用这个服务的成员们在Napster服务器上的中央数据库中存储他们所拥有的歌曲资源信息，如果某一个成员想要某首歌的资源，他可以先查询这个数据库，看看谁那有这首歌，然后直接到那位成员的硬盘里找。Napster并没有在自己的计算机上保留任何音乐资源，所以严格意义上来说并没有侵犯任何人的版权。然而法院并不这么想，最终还是将这个服务给关闭了。
不过，下一代的点对点系统通过让每个用户在本地维护自己的数据库的同时，提供系统附近人员列表这一方法消除了中央数据库。也就是说，每个新用户都可以通过访问任意一个现有用户，查看该用户的存储信息及其成员列表，以获取更多的用户信息和资源，从而遍历了所有用户。通过无限次的重复这种查找过程，最终会形成一个庞大的本地数据库。虽然这是一个听起来很无聊的工作，但这恰恰是计算机所擅长的。
合法的点对点通信应用也是存在的。例如粉丝分享乐队的歌曲demo或公演资源，家庭内部分享照片、电影或者家谱等信息，年轻人玩的多人在线游戏，诸如此类。事实上，现如今最流行的互联网应用之一——电子邮件，本质上也是点对点的。点对点形式的信息交流预计在未来会有相当大的发展。
如前文描述的，网络犯罪已然难以被版权法限制，而另一个热门领域——线上赌博，也正在兴起。计算机已经用于模拟事物几十年了，那么为什么不把它用于模拟老虎机、轮盘赌、21点或者其他赌博设备呢？因为赌博在许多地方是违法的。但问题是，在很多其他地方（比如英国），赌博是合法的，而那些地方的赌场老板已经洞悉了互联网赌博的潜力。在上线于网络时，赌徒和赌场可能来自于不同的国家，法律也可能相互冲突，这件事所可能产生的后果是值得我们深思的。
其他面向通信的应用包括使用互联网来进行语音、视频通话和互联网广播这三个快速发展的领域。另一种应用是远程学习，就是指不用早起就能在早上8点上课。从长远来看，网络可能是加强人与人之间沟通的最重要手段。
第三类是娱乐业，这是一个庞大且不断发展的行业。这个产业中的杀手级应用（可能驱动其余所有应用）是视频点播。大约十年以后，你可以选择在你的显示屏上观看任何一个国家制作的任何电影或电视节目。未来的电影可能会变成交互式的，用户会被偶尔要求做出选择以影响故事的走向（麦克白应该杀掉邓肯还是再等待时机？）。电视直播也可以变成互动的，观众可以直接参与到智力竞赛节目中，或者在参赛选手中进行投票选择，等等。
从另一个角度看，也许这个杀手级应用不会是视频点播，而是某一个游戏。我们现在已经有了多人实时模拟游戏，比如在虚拟地牢中捉迷藏，或者团队玩家对战游戏。如果我们可以使用游戏头盔和3D实时设备，实现照片质量级别的动画效果，我们将会实现一种全球共享的虚拟现实。
第四类是广义层面上的电子商务。现在家庭购物已经很流行了，用户可以查看成千上万家公司的在线产品目录。很快，一部分商品目录会提供一种只要点击产品名称就可以获得该产品即时视频的功能。而当客户以网上购物方式购买了产品却不知道如何使用时，也可以寻求在线技术咨询。
电子商务的发展也迈入了金融机构。许多人已经通过线上方式支付账单、管理银行账户和操作投资。随着网络变得更加安全，这个产业势必会更加庞大。
另一个几乎没有人料想到的领域是线上跳蚤市场。网上二手物品拍卖已经形成了一个庞大的产业。与传统的遵循客户-服务器模式的电子商务不同，线上拍卖更多的是一种点对点的系统，类似于消费者对消费者。由于“to”和“2”发音相同，一部分电子商务模式甚至有了别称。图1-4列出了最常用的一些。
图4 一些电子商务的种类
毫无疑问，计算机网络的应用范围将在未来迅速扩张，而且也许是以人们预料不到的方式。毕竟，很少有人能在90年代预料到，年轻人在公交上发着无聊短信的场景，会在十年后成为手机厂商的摇钱树。不过短信服务在现在还是很有利可图的。
对于那些受地域分离之苦的人们而言，计算机网络就显得举足轻重了，它保证了他们能够像生活在大城市中心的人一样获得等同的服务。远程学习则可能会从根本上影响教育模式，大学教育会趋向国际化。虽然远程医疗才刚刚开始流行（例如远程病人监护），但也很有可能在以后起着重要作用。但这个领域的杀手级应用，很可能会和诸如在下班之前查看家中
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