1.5 典型计算机网络

1.5.1 ARPANET

最初，ARPANET的主要研究内容是分组交换设备、网络通信协议、操作系统与网络通信软件。在1969年11月，实验性的ARPANET开通，当时的ARPANET只有4个结点，它们分布在UCLA、UCSB、SRI与Utah大学。选择这4个结点的重要因素是考虑不同类型主机联网的兼容性。ARPANET发展有重要意义的是使用无线分组交换网与卫星通信网。在此后的几年中，ARPANET的发展十分迅速。到1975年，ARPANET已经连入100多台主机，并且结束了网络实验阶段，正式移交美国国防部国防通信局运行。

在总结第一阶段建网实践经验的基础上，研究人员开始第二代网络协议的设计工作。这个阶段研究的重点是网络互连问题，它的深入研究导致了TCP/IP协议的出现。到1979年，越来越多的研究人员投入TCP/IP协议的研究中。在1980年前后，ARPANET所有的主机都转向TCP/IP协议。到1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束。同时，美国国防部国防通信局将ARPANET分成两个独立部分：一部分仍叫ARPANET，用于进一步的研究工作；另一部分稍大一些，成为著名的MILNET，用于军方的非机密通信。

在20世纪80年代初，美国军方为了推广TCP/IP协议，资助加州大学伯克利分校将TCP/IP协议嵌入BSD UNIX，促成TCP/IP协议与当时很多大学使用的BSD UNIX的结合。伯克利分校开发了用于UNIX的TCP/IP协议软件（UNIX BSD 4.1与BSD 4.2）。BSD UNIX在网络方面成功的原因，它除了提供标准的TCP/IP应用程序外，还提供了一组网络服务工具程序。这些工具的调用与UNIX命令的调用方式相似，因此深受UNIX用户的欢迎。同时，BSD UNIX还提供了一种应用程序，可以访问操作系统调用套接口（Socket），使程序员方便地访问TCP/IP协议，这样就促进了TCP/IP的研究工作。同时，SUN公司将TCP/IP协议引入广泛的商业领域。

随着TCP/IP协议的标准化，ARPANET的规模不断扩大，不仅美国国内有很多网络与ARPANET相连，而且世界上很多国家也通过远程通信线路，采用TCP/IP协议将本地的网络连入ARPANET。在20世纪80年代，由于用TCP/IP协议互连的主机数量急剧增多，人们提出用域名系统（DNS）将多个主机划分成不同的域，通过域名来管理和组织互联网中的主机。从此，DNS开始变得普及起来。到20世纪80年代中期，使用TCP/IP协议连接到ARPANET的网络规模不断增大，这就使ARPANET成为Internet的主干网。

1990年，ARPANET已经被新的网络代替。ARPANET虽然已经退出历史舞台，但是人们会永远记住它，这是由于ARPANET对网络技术发展有重要影响。目前，MILNET仍然在运行中。

1.5.2 NSFNET

20世纪70年代后期，美国国家科学基金会（NSF，National Science Foundation）认识到ARPANET对大学科研的影响。各国科学家可以利用ARPANET合作完成研究工作，不受地理位置的限制共享数据。但是，不是所有大学都有这样的机会，连入ARPANET网络的大学必须与美国国防部有合作项目。为了使更多大学能共享ARPANET的资源，NSF计划建设一个虚拟网络CSNET。CSNET的中心是一台BBN计算机，不能直接连入ARPANET的大学可以通过拨号与BBN的计算机连接，并通过这台计算机连入ARPANET与其他网络。各个大学的研究人员可以通过CSNET交换信息。

1984年，NSF决定组建NSFNET。NSFNET的主干网连接美国的六个超级计算机中心，它们分布在San Diego、Boulder、Champaign、Pittsburgh、Ithaca与Princeton。NSFNET的通信子网使用的硬件技术与ARPANET基本相同，采用56Kbps的通信线路。但是，NSFNET的软件技术与ARPANET不同，它从开始就使用TCP/IP协议，成为第一个使用TCP/IP协议的广域网。

NSFNET采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网。各大学的主机连入校园网，校园网连入地区网，地区网连入主干网，主干网再通过高速通信线路与ARPANET连接。NSFNET是指包括主干网与地区网在内的整个网络系统。用户可以通过NSFNET访问任何一个超级计算机中心的资源，访问与网络连接的数千所大学、实验室与图书馆，用户之间可以交换信息与收发电子邮件。

在NSFNET建成的同时就出现网络负荷过重的情况，因此立即开始研究下一步的发展问题。NSF与MERIT财团共同运营NSFNET。MERIT在第二个主干网中租用448Kbps的光纤通道，并且连接到MCI公司的主干网，采用IBM RS/6000作为路由器。到1990年，NSFNET的第二个主干网的速率已提高到T1载波（1.5Mbps）。

随着NSFNET的网络规模不断扩大，NSF认识到政府已不能继续从财政上支持NSFNET。这时，虽然有不少商业机构打算参与进来，但NSF并不允许这个网络用于商业用途。在这种情况下，NSF鼓励MERIT、MCI与IBM公司组建非营利性的公司来运营NSFNET。MERIT、MCI与IBM公司创建了美国高级网络与服务公司（ANS，Advanced Network & Services），它在1990年接管NSFNET，并在全美范围内提供T3级的主干网，网络传输速率为44.746Mbps。到1991年底，NSFNET的全部主干网结点都与ANS提供的T3级主干网连接。

在美国建设NSFNET的同时，其他国家与地区也在建设与NSFNET兼容的网络，如欧洲为研究机构建立的EBONE与Europe NET。这两个网络采用2Mbps的通信线路与欧洲很多城市连接，目前的网络速率提高到34Mbps。欧洲每个国家都有一个或多个国家网，它们都与NSFNET的地区网兼容。这些网络为Internet的广泛应用奠定了基础。

1.5.3 Internet

Internet的前身是ARPANET，它是由美国国防部高级研究计划局资助的，其核心技术是分组交换技术。1983年1月，TCP/IP协议正式成为ARPANET的协议标准。此后，大量的网络与主机连入ARPANET，使得ARPANET得到迅速的发展。随着很多地区性网络连入ARPANET，ARPANET逐步扩展到其他国家与地区。目前，很多网络都已经连入Internet，包括空间物理网（SPAN）、高能物理网（HEPNET）与西欧的欧洲学术网等。20世纪80年代中期，人们开始认识到这种大型互联网的重要作用。20世纪90年代到现在是Internet历史上发展最快的时期，互联网的用户数量以平均每年翻一番的速度增长。

Internet的最初用户一般只限于科学研究和学术领域，其目的是进行研究和教育而不是谋求利润。20世纪80年代末到90年代初期，Internet上的商业活动开始缓慢发展。1991年，美国成立了商业网络交换协会（CIX），允许在Internet上不加限制地选取商业信息，而各个公司也逐渐意识到Internet在产品推销、大众联系、信息传播及电子商贸等方面的价值，Internet上的商业应用便迅速发展起来，其用户数量已超出学术研究用户的一倍。商业应用的推动，Internet的发展更加迅猛，规模不断扩大、用户不断增加、应用不断拓展、技术不断更新，使Internet几乎深入到社会生活的每一个角落，成为一种全新的工作方式、学习方式和生活方式。

目前，由ANS建设的ANSNET是Internet的主干网，其他国家或地区的主干网通过ANSNET接入Internet。普通Internet用户主要是通过电话线连接到Internet服务提供商（ISP，Internet Service Provider）。办公室的计算机通常是通过局域网连入校园网或企业网。校园网、企业网一般是通过专用通信线路与地区网络连接。局域网分布在各个建筑物内，连接着各个系与研究室的计算机。这些局域网通过校园主干网的互连就构成了校园网。校园网中的各种大型机、小型机、工作站与网络服务器都是Internet用户可以访问的重要资源。这些系统都通过校园网连入Internet，供本校或其他大学的Internet用户访问。

从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网，接入Internet的主机可以是信息服务提供者的服务器，也可以是信息服务使用者的客户机。Internet代表着全球范围内无限增长的信息资源，是人类拥有的最大的知识宝库之一。随着Internet规模的扩大，网络与主机数量的增多，它所能提供的信息资源与服务将更加丰富。正如尼尔·巴雷特在《信息国的状态》一书中所言：“要想预言Internet的发展，简直就像企图用弓箭追赶飞行中的子弹。在你每次用手指按键盘的同时，Internet就已经在不断变化。”

传统的Internet应用主要有以下几种：E-mail、WWW、Telnet、FTP与Usenet等。随着Internet规模和用户的不断增长，Internet中的各种应用也进一步得到开拓。Internet不再仅仅是一种资源共享、数据通信和信息查询的手段，还逐渐成为人们了解世界、讨论问题、购物休闲，乃至从事跨国学术研究、商贸活动、接受教育、结识朋友的重要途径。一些国家甚至利用Internet的覆盖面和影响力在政治领域传播其意识形态和行为方式。Internet的全球性、开放性和平等性，使人们愿意在Internet上自由发布信息和获取信息，而浏览器、超文本标记语言、搜索引擎（如Yahoo!、Google）、Java跨平台编程技术等的产生更使Internet如虎添翼。从此，Internet的使用更为简便，信息更加丰富多彩，对信息资源的检索更为快捷。

1.5.4 Internet2

Internet的商业化造成了网络通信量的剧增，这也就导致了网络性能的急剧下降。在这种情况下，一些大学申请了国家科学基金，用于建立一个新的、独立的、内部使用的网络，相当于一个供这些大学使用的专用Internet。在1996年10月，这种想法以Internet2的形式付诸实施。Internet2是高级Internet开发大学合作组（UCAID）的一个项目。UCAID是一个非营利组织，是由NSF、美国能源部、110多所大学和一些私人商业组织共同创建的。虽然Internet2可以连接到现在的Internet，但它的宗旨是组建一个为其成员组织服务的专用网络。目前，Internet2的数据传输速率可达10Gbps。

考虑到Internet2属于实验性的网络，Cisco、IBM、Qwest、MCI Worldcom等公司提供了相当可观的资金。同时，Internet2也得到了美国政府的资助。开发中的Internet2将应用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播（VOD）、天气预报等领域。所有成员组织都可以接入Internet2，并且开发出来支持这些应用的基本技术，但其目的还是希望形成下一代Internet的技术与标准。Internet2在网络层采用的是IPv4协议，同时也支持新兴的IPv6协议。在1997年10月10日，美国政府在此基础上提出了下一代互联网（NGI，Next Generation Internet）计划。

由此可以看出，人们正在实现着他们的下一步理想：利用更加先进的网络服务技术，开展全球通信、数字地球、环境检测预报、能源与地球资源的利用研究，以及紧急事务的快速反应系统的研究与应用。