計算機網絡起源 網絡發展簡介（一）

「上網」這個有些口語化的詞彙，想必沒人會以爲陌生，但是「網」究竟是什麼？  

互聯網概念  

截圖自百度百科： https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%92%E8%81%94%E7%BD%91/199186  

互聯網發展編年史

互聯網發展史是從20世紀50年代到90年代，按編年體的形式，詳細歷數了互聯網一步步走向成熟的發展過程，由美國國防部編制。

百度百科連接：

https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%92%E8%81%94%E7%BD%91%E5%8F%91%E5%B1%95%E5%8F%B2/4635625

ARPANET

阿帕

互聯網始於1969年美國的「阿帕網」

「阿帕網」又是什麼？

「阿帕」（ARPA），是美國高級研究計劃署（Advanced  Research  Project  Agency）的簡稱。

1957 蘇聯發射了人類第一顆人造地球衛星Sputnik。做爲響應，美國國防部(DoD)組建了高級研究計劃局(ARPA)，開始將科學技術應用於軍事領域 。

他的核心機構之一是信息處理處（IPTO  Information  Processing  Techniques  Office），一直在關注電腦圖形、網絡通信、超級計算機等研究課題。

 

在美國，20世紀60年代是一個很特殊的時代。

60年代初，古巴核導彈危機發生，美國和原蘇聯之間的冷戰狀態隨之升溫，核毀滅的威脅成了人們平常生活的話題。

在美國對古巴封鎖的同時，越南戰爭爆發，許多第三世界國家發生政治危機。

因爲美國聯邦經費的刺激和公衆恐懼心理的影響，"實驗室冷戰"也開始了。

鑑於此，蘇聯發射衛星與成立ARPA的直接關係應該很容易理解。

 

1962年，J.C.R.Licklider離開MIT，加入ARPA，並在後來成爲IPTO的首席執行官。

也就是他在任期間將辦公室名稱從命令控制研究（Command  and  Control  Research）改成IPTO。

也就是在他任職期間，據估計，整個美國計算機科學領域研究的70%由ARPA贊助

在許多人看來與一個嚴格意義上的軍事機構相去甚遠，並給許多研究者自由領域來實驗

結果ARPA不只成爲網絡誕生地，一樣也是電腦圖形、平行過程、計算機模擬飛行等重要成果的誕生地。

約瑟夫·利克萊德是全球互聯網公認的開山領袖之一，是麻省理工學院(MIT)的心理學和人工智能專家J.C.R.Licklider(約瑟夫·利克萊德)教授。 

阿帕網起源

美國國防部認爲：

若是僅有一個集中的軍事指揮中心，萬一這個中心被原蘇聯的核武器摧毀，全國的軍事指揮將處於癱瘓狀態，其後果將不堪設想。

所以有必要設計這樣一個分散的指揮系統——

它由一個個分散的指揮點組成，當部分指揮點被摧毀後其它點仍能正常工做，而這些分散的點又能經過某種形式的通信網取得聯繫。

以上來自於百度百科中阿帕網詞條的釋義

https://baike.baidu.com/item/arpanet/3562284?fr=aladdin   

1964年伊凡·沙日爾蘭德（Ivan  Sutherland）繼任擔任該到處長

2兩年後的鮑勃·泰勒（Bob  Taylor）上任，他在任職期間萌發了新型計算機網絡的想法，並籌集資金啓動試驗。

在鮑勃·泰勒的一再邀請下，往後成爲「阿帕網之父」的拉里·羅伯茨出任信息處理到處長。  

1967年，羅伯茨來到高級研究計劃署ARPA，着手籌建「分佈式網絡」。人員調度和工程設計很順利，不到一年，就提出阿帕網的構想。

1968年，羅伯茨提交研究報告《資源共享的計算機網絡》，其中着力闡發的就是讓「阿帕」的電腦達到互相鏈接，從而使你們分享彼此的研究成果。

根據這份報告組建的國防部「高級研究計劃網」，就是著名的「阿帕網」，拉里·羅伯茨也就成爲「阿帕網之父」。 

分組交換的發展

1948年 香農 在 《通訊的數學理論》中寫道:

通訊的基本問題是在一點精確地或者近似的復如今另外一個點所選取的訊息,這些訊息每每都是有意義的 。

通訊的本質是數據交換，只有實現了數據的交換，才能證實線路的連通性  

 

從電話發明之初，人們就發現想要全部的電話機都進行兩兩鏈接是不現實的

由於這種方式的電路鏈接將須要大量的電話線

因而人們藉助於電話交換機將電話鏈接起來，每一部電話都鏈接到交換機上

電路交換機使用交換的方法，讓電話用戶彼此之間進行通訊

在使用電路交換前，必須先撥號請求鏈接，當被叫用戶接收到交換機送來的振鈴聲，並接聽時

主叫端到被叫端就創建起來了一條鏈接，也就是一條專用的物理通路，這條鏈接保證了雙方通話須要的全部資源

這些資源在雙方通訊時不會被其餘用戶佔用。

這種必須通過「創建鏈接」（佔用資源）--->「通話」（一直佔用資源）--->「釋放鏈接」（釋放資源）三個步驟的交換方式稱之爲 電路交換。

通話的所有時間內，通話的兩個用戶始終佔用端到端的通訊資源。

電路交換的實時性好，穩定性高，可是因爲通話雙方獨佔通訊資源，線路的利用率很低。

 

再後來出現了 分組交換

學術界公認分組交換技術是英國人Donald Watts Davies(唐納德·戴維斯)和美國人Paul Baran(保羅·巴蘭)在20世紀60年代早期分別獨立發明的

 

分組交換採起存儲轉發技術

一般把要發送的整塊數據稱之爲一個報文

在發送報文以前，把一個報文劃分爲幾個分組後在進行傳送 

在傳送數據以前，不須要提早創建鏈接，也不會持續佔用通訊鏈路，在哪段鏈路傳輸，就佔用哪段的資源

 

其實從本質上講，分組交換這種分段存儲轉發原理並非全新的理念

自古就有郵政通訊，本質理念也是存儲轉發，並且，電報通訊也是基於存儲轉發原理

在交換中心，一份完整的報文被所有接受後，在進行轉發，這就叫作報文交換

 

電路交換— 整個報文的比特流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。

報文交換— 整個報文先傳送到相鄰結點，所有存儲下來後查找轉發表，轉發到下一個結點。

分組交換— 單個分組(這只是整個報文的一部分)傳送到相鄰結點，存儲下來後查找轉發表，轉發到下一個結點。

  

阿帕網的鏈接實現

既然提出了阿帕網的構想，那麼下一步就是進行實現。

阿帕網是創建在「 包交換理論」基礎之上的一個去中心化的，或者叫作分佈式的網絡系統（DistributedNetworks）。

最初的阿帕網有四個節點：

洛杉磯的加利福尼亞州大學洛杉磯分校、加州大學聖巴巴拉分校、斯坦福大學、猶他州大學四所大學的4臺大型計算機

ARPA網採用兩類通訊處理機：交換處理機(IMP)和終端交換處理機(TIP)，IMP其實就是路由器的前生。

1968年 Bolt Beranek and Newman、Inc.公司( BBN)得到創建 接口消息處理機(IMP)中的包交換部分的合同。

IMP是一種專用於通訊的計算機，有些IMP之間直接相連，有些IMP之間必須通過其餘的IMP間接相連。當IMP收到一個報文後要根據報文的目標地址決定把該報文提交給與它相連的主機仍是轉發到下一個IMP，這種通訊方式叫作存儲-轉發通訊。

1969年 使用BBN公司開發的接口消息處理器IMP創建節點(配有12K存儲器的Honeywell DDP-516小型計算機)；

AT&T公司提供速率爲50kpbs的通訊線路。

總之最初的阿帕網就是這四個節點，經過通訊處理機和通訊鏈路構成的一個「局域網」。

1969年末，阿帕網正式投入運行。

從軍事要求上是置於美國國防部高級機密的保護之下，從技術上它還不具有向外推廣的條件。   

通訊協議

在阿帕網（ARPA）產生運做之初，經過接口信號處理機實現互聯的電腦並很少，大部分電腦相互之間不兼容。

在一臺電腦上完成的工做，很難拿到另外一臺電腦上去用，想讓硬件和軟件都不同的電腦聯網，也有不少困難。

當時美國的情況是：陸軍用的電腦是DEC系列產品，海軍用的電腦是Honeywell中標機器，空軍用的是IBM公司中標的電腦

每個軍種的電腦在各自的系裏都運行良好，但卻有一個大弊病：不能共享資源。

正是由於底層軟硬件之間的差別，因此才須要一個適用於網絡傳輸的統一的規則

也就是無論有何差異，只要你們遵循統一的網絡通訊協議，就可以實現通訊。

 

1970年12月制定出來了最初的通訊協議---由卡恩開發、瑟夫參與的「網絡控制協議」（NCP）。

卡恩  Bob Kahn  https://en.wikipedia.org/wiki/Bob_Kahn

在本身研究的基礎上，認識到只有深刻理解各類操做系統的細節才能創建一種對各類操做系統普適的協議

73年卡恩請 瑟夫Vint Cerf https://en.wikipedia.org/wiki/Vint_Cerf一塊兒考慮這個協議的各個細節

他們此次合做的結果產生了在開放系統下的全部網民和網管人員都在使用的「傳輸控制協議」（TCP，Transmission-Control Protocol）和「因特網協議」（IP，Internet Protocol）

也就是TCP/IP協議

也就是至今爲人們所熟知的TCP、IP

這個體系結構在它的兩個主要協議出現之後被稱爲TCP/IP參考模型(TCP/IP Reference Model)。

這一網絡協議共分爲四層：網絡接口層、互聯網層、傳輸層和應用層

TCP/IP不是一個協議，而是一個協議族的統稱 

1983年1月1日，運行較長時期曾被人們習慣了的NCP被中止使用，TCP/IP協議做爲因特網上全部主機間的共同協議，今後之後被做爲一種必須遵照的規則被確定和應用。

1984年，美國國防部將TCP/IP做爲全部計算機網絡的標準。  

ip地址

TCP/IP有四個版本被開發出來——TCP v一、TCP v二、在1978年春天分紅TCP v3和IP v3的版本，後來就是穩定的TCP/IP v4——因特網仍然使用的標準協議

IPv4，是互聯網協議（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一個被普遍使用，構成現今互聯網技術的基石的協議。

1981年Jon Postel 在RFC791中定義了IP

IP地址被用來給Internet上的電腦一個編號。你們平常見到的狀況是每臺聯網的PC上都須要有IP地址，才能正常通訊。

IP地址（英語：Internet Protocol Address）是一種在Internet上的給主機編址的方式，也稱爲網絡協議地址。

常見的IP地址，分爲IPv4與IPv6兩大類。

簡言之就是一串數字標識一個網絡上的主機

IP地址是計算機網絡世界中，如同現實世界中門牌號地址通常的存在。  

RFC

Request for comments  請求評論，是一系列以編號排定的文件

RFC文件格式最初做爲ARPA網計劃的基礎起源於1969年。

現在，它已經成爲IETF、Internet Architecture Board (IAB）還有其餘一些主要的公共網絡研究社區的正式出版物發佈途徑。

這是互聯網標準化的工做相關的文件

在Internet上，任何一個用戶均可以對Internet某一領域的問題提出本身的解決方案或規範，做爲Internet草案

目前有如下兩個階段

建議標準(Proposed Standard)—從這個階段開始就成爲RFC文檔

互聯網標準((Internet Standard)—達到正式標準後，每一個標準就分配到一個編號

RFC文件只有新增，不會有取消或中途中止發行的情形。可是對於同一主題而言，新的RFC文件能夠聲明取代舊的RFC文件。

簡言之，RFC就是互聯網標準的討論以及最終肯定的會議記錄。   

分層的網絡結構

相互通訊的計算機必須高度協調纔可以進行通訊，僅僅一條線路是不可能的

爲了處理這些複雜的網絡問題，早在最初的阿帕網中，就提出了分層的方法

分層將龐大複雜的問題，轉換成若干個局部較小的問題，較小的問題就更加易於研究分析。

好比，唐僧取經，西天路途遙遠，若是總體的看待出行問題，勢必很是複雜

若是將整條路拆分爲多個小段，這一段適合坐船，那一段適合騎馬，這樣就可以更好地解決問題

經過分層，各層之間相互獨立，總體功能進行分解，每層實現獨立功能 

靈活型好，易於實現和維護，當一層發生變化，不會影響另外一層，只要他們之間的協做接口不變

其實就是軟件開發中的解耦

 

關於通訊協議的分層，有下面三種形式

其實只有中間的TCP、IP是有用的

OSI理論雖然很完備，可是沒有遇上互聯網的發展，並且實現過於複雜

TCP/IP協議纔是真正使用的協議

第三個則是通常的教科書中爲了研究學習,結合二者「造」出來的一種層次結構

  

現代網絡

從上面的簡單介紹能夠看得出來，爲何說互聯網始於阿帕網了

阿帕網藉助於通訊處理機以及通訊鏈路，經過TCP/IP協議進行數據傳輸，造成了現代計算機發展的雛形。

如今的計算機網絡，從當初的阿帕網已經發展到世界上最大的覆蓋全球的計算機網絡了，是一個多層次的ISP結構的互聯網

ISP 互聯網服務提供者 Internet Service Provider

網絡互連，須要藉助於通訊鏈路以及路由器(通訊處理機的此生)，此時此刻的你與大洋彼岸的另外一臺電腦主機之間，中間隔着不少的通訊鏈路

這些網絡設備都是須要費用和維護的，因此就催生出來了ISP（最初互聯網是由政府管理的）

好比，中國電信，中國移動，中國聯通

全部的用戶主機屬於網絡的邊緣部分，大量的網絡和鏈接網絡的路由器構成了互聯網的核心部分，ISP就是管理維護了這些核心部分

爲邊緣部分提供網絡的聯通以及交換。

簡單地說就是，終端主機經過路由器與其餘的終端進行鏈接，造成網絡，網絡與網絡之間又經過路由器或者其餘網絡設備進行鏈接

就這樣，網絡，網絡的網絡，網絡的網絡的網絡........就造成了目前世界上最大的覆蓋全球的互聯網。

小結

本文介紹了網絡發展的最初動機、起源，對阿帕網簡單了進行了介紹，而且就網絡中的一些概念進行了簡單的介紹

從最初的幾臺計算機，藉助於接口消息處理機，而後經過通訊線路以及一些軟件，實現了最原始的網絡互連，此後是在此基礎上不斷地發展的。

計算機網絡互連的發展並非一蹴而就的，而是在實現中不斷完善的，理論也是在實際中不斷成熟起來的，計算機網絡的發展絕對不存在某些學科中從」成熟的理論「到」完美的實踐「這種過程。

計算機網絡是基於分組交換的，經過設備鏈接起來的一個個局域網，又藉助於設備相互鏈接，構成了現在的網絡（注：本文的網絡側重於網絡的聯通，而不是指常說的web）

分組交換是通訊抽象的根本，藉助於分層的設計理念，在不一樣的層次可使用最合適的技術進行聯通。

從網卡、驅動、計算機、操做系統，到出口路由器，交換機等等整個通訊過程當中全部的過程所有都是以分組交換爲基礎，而後以網絡協議爲契約，整個線路的聯通以及數據的正確交換，每一段線路（範圍）以及運行的協議，就如同積木的每一塊以及其上的卡扣同樣，一環扣一環緊密的結合在一塊兒，組裝成了通訊的線路。

計算機網絡的實現細節縱然很複雜，可是他想要完成的目標是很簡單的，就是分組將數據從一個位置藉助於網絡轉移到另外一個位置。

就比如有序的十個包裹，從南京到北京，通過無數個快遞員的手，你們都按照約定好的規則，默默地幹活，最終成功的將包裹發送到收件人手中。

 

以下圖所示，每一個積木模塊至關於計算機、網絡設備

積木模塊上的凸起卡扣，至關於網線、網絡協議

相似地鐵的修建，有「洞通」、「軌通」、「電通」、「車通」等步驟

計算機經過設備進行鏈接實現了物理上的鏈接，可是想要實現數據交互傳遞，還須要協議的實現。

有路有車（計算機、網線、網絡設備），並不表明快遞公司就能夠正常運轉，還須要良好的運行規範步驟（各類協議）。

因此，想要了解計算機網絡，就是要了解到底有多少塊積木，每一個積木的鏈接方式。

而對於網絡中的協議，現代計算機網絡一套成熟的協議體系就是TCP/IP協議族，協議族指的是一族，而不是一個。

阿帕網是開端，造成了以IP爲標識，以線路爲聯通，以網絡設備爲中介，以協議爲綱領的計算機網絡

網絡的發展又依賴於RFC不斷地標準規範

最後附上一張照片，克勞德·艾爾伍德·香農（Claude Elwood Shannon ，1916年4月30日—2001年2月24日）

做爲CS學科的人，你不該該不認識他，他對計算機的發展有巨大貢獻，信息論及數字通訊時代的奠定人。

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