技術往事：改變世界的TCP/IP協議（珍貴多圖、手機慎點）

一、前言

做爲應用層開發人員，接觸最多的網絡協議一般都是傳輸層的TCP（與之同處一層的另外一個重要協議是UDP協議），但對於IP協議，對於應用程序員來講更多的印象仍是IP地址這個東西，再往深一點也就很難說的清楚。

本文將簡要回故TCP/IP協議的過去、簡單介紹TCP/IP協議族的關係，並與你們一塊兒直觀地分享由TCP/IP協議族所構建的虛擬網絡與真實世界的「鏈接」狀況。

二、TCP/IP協議簡介

互聯網協議族（英語：Internet Protocol Suite，縮寫爲IPS），是一個網絡通訊模型，以及一整個網絡傳輸協議家族，爲互聯網的基礎通訊架構。它常被通稱爲TCP/IP協議族（英語：TCP/IP Protocol Suite，或TCP/IP Protocols），簡稱TCP/IP協議。由於這個協議家族的兩個核心協議，包括TCP（傳輸控制協議）和IP（網際協議），爲這個家族中最先經過的標準。

對於應用層開發人員，接觸最多的網絡協議一般都是傳輸層的TCP，爲何這麼說，由於再往上的應用層協議，如：HTTP、HTTPS、POP三、SMTP、RPC、FTP、TELNET等等都是基於TCP傳輸層協議。但對於IP協議，對於應用程序員來講更多的印象仍是IP地址這個東西，實際上IP協議是位於TCP協議之下的網絡層，對於應用層程序員來講很難直接接觸。

下面這張圖，直接的反映了TCP/IP協議族的關係狀況（高清下載點此進入）：
 

三、TCP/IP協議之父

維基百科對於羅伯特·卡恩的介紹：
常稱鮑勃·卡恩（Bob Kahn），生於美國紐約州紐約市布魯克林區，發明了TCP協議，並與文特·瑟夫一塊兒發明了IP協議；這兩個協議成爲互聯網存在基石。

維基百科對於文頓·瑟夫的介紹：
文頓·格雷·瑟夫（英語：Vinton Gray Cerf，1943年6月23日－），暱稱爲文特·瑟夫（Vint Cerf ），生於美國康涅狄格州紐黑文，計算機科學家，因與羅伯特·卡恩設計了TCP/IP協議和互聯網基礎架構而被共同稱爲「互聯網之父」。

文頓·瑟夫的履歷：

• 生於1943年，童年時酷愛算術和科學，1965年在斯坦福大學得到了數學學士學位。
• 曾就任於IBM公司，1967年，考取了美國加州大學研究生院，取得計算機科學博士學位。
• 1972年-1976年，任教斯坦福大學，其間與羅伯特·卡恩一道領導TCP/IP協議的研發小組。
• 1997年12月，得到美國國家技術勳章 。
• 現任ICANN(互聯網名字和號碼分配機構)主席，兼任美國MCI公司技術戰略高級副總裁。

布什總統爲羅伯特·卡恩（中者）和文特·瑟夫（左者）頒發勳章：
 

1997年12月，布什總統爲表彰羅伯特·卡恩和文特·瑟夫爲互聯網的創建和發展所作的貢獻而給他倆都頒發的美國國家技術勳章。

羅伯特·卡恩（左者）與文特·瑟夫（右者）一塊兒接受訪談：
 

四、見證互聯網誕生

1969年8月30日，由BBN公司製造的第一臺「接口信息處理機」IMP1，在預約日期前2天運抵UCLA。美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）計算機系教授、著名的網絡先驅人物克蘭羅克帶着40多名工程技術人員和研究生進行安裝和調試。10月初，第二臺IMP2運到阿帕網試驗的第二節點斯坦福研究院（SRI）。

通過數百人一年多時間的緊張研究，阿帕網遠程聯網試驗即將正式實施。

不久後，1969年11月，第三臺IMP3抵達阿帕網第三節點——加州大學聖巴巴拉分校（UCSB）；1969年12月，最後一臺供試驗的IMP4在阿帕網第四節點——猶他大學（Utah）安裝成功，基本實現了羅伯茨規劃的設計藍圖。因而，具備4個節點阿帕網（ARPANet）正式啓用，人類社會今後跨進了網絡時代。

BBN程序員團隊合影：
 

見證首次互聯網鏈接實驗的工做日誌：
 

當時IMP1與主機Sigma-7的鏈接現場：
 

五、TCP/IP讓網絡變成真正的「互聯網」

5.1 早期的網絡並不實用

把兩臺計算機連在一塊兒，只是邁出了創建互聯網的一小步。人們很快發現，若是要把更多的不一樣型號的計算機，經過不一樣規格的網絡鏈接在一塊兒，還要讓它們能共享內容，就非得發明一套更先進的技術不可。

假如看到互聯網發明之初的那股子混亂勁兒，熟練操做着智能手機、利用無線信號進行視頻對話的現代人可能會以爲難以置信。阿帕網問世以後，美國軍方很快採納了這一技術，可是，接入網絡的電腦愈來愈多，形成發送信息的計算機很難在龐雜的網絡中定位目標計算機。而且，最初的網絡缺乏糾錯功能，數據在傳輸過程當中一旦出現錯誤，網絡就可能中止運行。出錯電腦增多，使得網絡運行效率大打折扣。

5.2 TCP/IP協議誕生

現在大名鼎鼎的兩位科學家、TCP/IP協議的發明者——羅伯特·卡恩和文頓·瑟夫就是在這時開始了他們的重要工做。他們恐怕也是這一羣擁有「互聯網之父」頭銜的科學家中知名度最高的。他們都得到過「計算機科學界的諾貝爾獎」——圖靈獎，瑟夫還曾任谷歌公司的全球副總裁和首席互聯網專家。

兩位科學家首先着眼於給每臺電腦都分配一個惟一的肯定的地址，就像住宅的門牌號同樣，有了它快遞員才能把包裹準確投遞到位——這就是IP。而TCP則負責監督傳輸過程，一出現問題就發出信號，要求從新傳輸，直到全部數據安全正確地傳輸到目的地。這套思想直接致使了一種新設備——路由器的出現。

在1973年問世並被持續不斷改進的TCP/IP協議至今仍然是全球互聯網得以穩定運做的保證。經過這項技術，兩位科學家使信息傳輸的可靠性徹底由主機設備保障，而與鏈接這些主機的網絡硬件的材質與形態無關。人們評價說，TCP/IP技術將最終能夠運行在「兩個罐子和一根弦」上，甚至能夠用信鴿來代替網絡。

1974年，人們親眼見證了TCP/IP協議的成功。在這場實驗中，科學家將數據包在衛星網絡和陸地電纜之間反覆傳輸，貫穿歐洲和美國的電腦系統，全程9.4萬千米，沒有丟失一個數據位。同年，美國政府無條件公佈了TCP/IP協議的核心技術，世界範圍內的互聯網浪潮隨之興起。

5.3 假設：若是將TCP/IP申請專利，世界首富還會是蓋茨嗎？

「全世界已經有超過10億人在使用互聯網。」 文頓·瑟夫說，「坦率說，三十多年前研究TCP/IP的時候，咱們沒有想到這項技術會獲得如此普遍的運用。」

TCP/IP協議發明人文頓·瑟夫：
 

「申請專利從實際的角度是行不通的，若是新技術不是無償和免費的話，人們就會遠離咱們而去。」 文特·瑟夫堅持將今天互聯網成功的緣由之一歸結於他和羅伯特·卡恩沒有申請專利，把TCP/IP視爲私有財產。

1973年，文特·瑟夫和羅伯特·卡恩在設計互聯網的時候，作出一項重要決定，必定要讓電腦和電腦之間的溝通敞開和透明；1975年，開始佈設互聯網的時候，兩人一致決定要把這個禮物貢獻給人們，讓你們自由的分享。

六、現在的互聯網

現在，TCP/IP協議讓互聯網愈來愈遠，絕不誇張的說，沒有這張「網」的世界將不能成爲21世紀。「網」一直處於慮擬世界，看不見、摸不着，鏈接世界的互聯網你有沒有想過究竟是什麼樣子的？一塊兒來看看。

看起來是下面這個樣子的（由Opte工程組繪製的互聯網地圖），原圖及說明請點此查看。
 

6.1 2003年的「互聯網」
 
 

6.2 2010年的「互聯網」
 
 

6.3 2015年的「互聯網」
 
 

6.4 以上圖是根據什麼繪製出來的？

是基於真實的世界互聯網真實路由節點繪製出來的，具體流程以下圖所示：

 

七、經過TCP/IP是如何縮短地球上人與人的距離？

答案是經過各國鋪設在海地的通信光纜實現的。下面一塊兒來看看截至2015年國與國之間經過海底光纜的「鏈接」狀況。

2015年全球互聯網跨國通訊光纜的鏈接狀況圖：（原圖點此進入）
 

2015年全球互聯網跨國通訊光纜的鏈接狀況圖（中國部分放大顯示）：（原圖點此進入）
 
補充：這張圖裏能夠看到，中國的跨國海底光纜並很少，鏈接國外的網站延遲這麼大也就是情理之中的事了。

一張更吊炸天的全球互聯網跨國通訊光纜的鏈接狀況圖（2015年版）：（原圖點此進入）
 
好吧，我要是麻花騰，也作一張相似的QQ、微信的鏈接狀況，估計會有拿破崙征服歐洲那樣的成就感。。。

八、TCP/IP從新定義了國與國、人與人之間的距離單位

對於互聯網世界來講，網絡之間的距離能夠用「網絡延遲」來衡量（單位一般是毫秒），從真實世界的角度講，正是TCP/IP協議的威力，從新定義了國與國、人與人之間的距離單位，讓「鏈接」變的沒有距離感。

你可能會好奇，咱們與世界各主要國家的通訊延遲究竟是多少呢？咱們一塊兒來看看下面幾個圖。

從香港發起的通訊，與世界主要節點的延遲示意圖：
 
說明：香港到美國的延遲大約是150ms、到英國超過200ms。

從英國發起的通訊，與世界主要節點的延遲示意圖：
 
說明：從英國到中國的延遲大約是200ms。

從美國發起的通訊，與世界主要節點的延遲示意圖：
 
說明：從美國到中國的延遲大約是120ms、到日本約80ms（果真是盟友）。

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