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互联网发展史

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  15年前,万维网问世,但其赖以发展的基础技术却已经演进了30年时间。本文将引导我们了解其发展历程和现状,并预测其未来。
  
  现代人看来,没有互联网的生活简直难以想象。现代互联网发展至今还不到30年,而它最为人熟知的面孔―万维网(www),存在时间也不过15年。
  然而,互联网的影响是惊人的,互联网催生了新的产业、社区和各类信息,使人们得以在全球范围内相互联系、相互合作。互联网改变了政治局势,引起人们对审查制度、知识产权及设施管理的关注。互联网是一项颠覆性的新技术,同时也颇具争议。
  对互联网本身和运行其上的程序进行区分很有必要。互联网是一个网际网,可以通过任何形式的网络和连接设备进行连接,只要它们使用相同的通信协议和统一的标准。连接的所有设备地位平等,都可与其他设备交换数据,无论该数据是文本还是视频,只要数据到达终端后,各终端软件能识别其格式就行。而应用程序决定了用户对互联网的理解以及它能提供的服务内容。互联网就如电话系统,而WWW这样的应用程序就是通过线缆传输的对话内容。和电话系统一样,不管传输何种数据,不管对话内容是什么,互联网的任务只是确保迅速无误地传递信息。
  今天我们已经拥有的互联网架构,可以处理各种与之相连的新型网络和新形式的通信,这是软件开发者曾经梦寐以求的事情。每项新的技术设备都会考虑内建互联网连接特性,为适应这个互联的世界,即使像冰箱这种老设备都被翻新。新的技术保证我们每天都可以获得持续而稳定的互联网连接,全世界超过10亿的人们从中受益。我们是如何走到这一步的呢?为应付不断增长的需求,未来互联网又该如何发展呢?
  首次推出意义重大的互联网是在1957年10月4日,当时苏联发射了第一颗人造地球卫星Sputnik,使得美国军政当局对于增加研发投入这一举措深信不疑。艾森豪威尔总统于1958年拨款成立了高级研究计划署(Arpa),其目的在于集中控制所有高级军事研究项目,防止各级军队内部恶性竞争。
  然而,接下来几年里,随着Arpa不断地发展,其研究范围逐渐扩展。研究领域之一是指令和控制,随着分时计算系统开始在军事基地中广泛采用,人机交互变得越发重要。1962年,一位交互理论专家里克莱德(JCR Licklider)接管控制部门。他对分时交互系统深信不疑,并开始资助大学和生产厂商所属的计算机研究中心,包括资助道格拉斯・恩格尔巴特(Douglas Engelbart)领导的斯坦福研究所(最终发明了鼠标)。在里克莱德及其继任者伊凡・苏泽兰特(Ivan Sutherland)和鲍勃・泰勒(Bob Taylor)的推动下,Arpa资助了每一个重要的交互计算开发项目,包括网络项目,目的在于连接各高级研究计划署站点无法兼容的系统,并允许研究人员共享计算能力和数据。
  
  接口报文处理器的诞生
  
  最初的设想是通过租赁电话线路直接连接计算机,让计算机把网络互联作为工作重点。但是拉里・罗伯特(Larry Roberts)和韦斯利・克拉克(Wesley Clark)开发的一项设计取代了这种设想,该设计中相同的接口报文处理器(Interface Message Processors)可以规范、连接网络,同时兼作Arpa电脑的网关。但问题是所有的接口报文处理器都需要互相连接,连接数量的增长使管理变得愈发困难。
  电子工程师伦纳德・克兰罗克(Leonard Kleinrock)早在1961年就提出了解决方案,保罗・巴兰(Paul Baran)和唐纳德・戴维斯(Donald Watts Davies)分别在兰德公司和英国国家物理研究所独立开发了该方案。这就是著名的分组交换网,网络中的节点仅与几个节点连接。消息被分解到数据包里,然后通过网络逐个传送到目的地,每个节点在接收到数据包后再将它传送到路径中的下一个节点,每个数据包会在节点之间选择不同的路径,直到构成该信息的所有的数据包都到达目的地,最后重新组合成原始消息。这种传输技术有显著的优点,由于节点是简单的信息传输者,数据包可以绕过问题节点并找到合适的路径,数据包即使发送失败,也只需再次发送该数据包,而不需要重新发送整个消息。自动修复的能力,加上巴兰在兰德公司的地位以及他之前在预警网络研究中从事的工作,因此阿帕网(Arpanet)是为能够经受核打击的军事通讯而建的传说也不无道理。
  
  阿帕网(Arpanet)的诞生
  
  
  1969年1月,博尔特(Bolt)、贝拉尼克(Beranek)和纽曼(Newman)(BBN,三人名首字母缩写)受委托开发接口报文处理器,为实施报文分组交换的Arpanet提供基础。很明显,应该建立一套标准来管理计算机在接口报文处理器网络中的对话、应用程序的种类及其工作方式。来自各站要求互联的学术人员构成了网络工作组(Network Working Group),并依靠“RFC(Request for Comments)”开始建立该标准,一时之间,学者们纷纷提出各种意见,并加以评论修改,循环往复几个轮回,最终达成共识。这次讨论的第一个成果便是Telnet和FTP(文件传输协议)的诞生,Telnet支持远程用户登录系统,这就如同他们利用终端直接连接一样;而FTP则解决了网络中文件交换问题。更为重要的是,开发了网络控制协议(NCP)这一通用系统,该协议身负对称连接系统的任务,而不仅是连接客户端/服务器(C/S)配置。
  1969年10月,最先的两个接口报文处理器连接起来了,结果,其中一台电脑立即崩溃。但是实践证明该理念是可行的,接下来的两年里,更多的系统被连接起来,网络协议最终完成。1971年,美国已有15个Arpanet节点,连接系统多达23个。
  同年,电子邮件系统日臻成熟,效力BBN的雷・汤姆林森(Ray Tomlinson)编写了一个邮件程序,用“@”符号分隔姓名和地址,后被采用,加以扩展后,作为一个整体被纳入到Arpanet的FTP标准之中。到1973年,电子邮件在所有的网络传输量中占据四分之三。
  情况越来越明显,Arpanet的形成并不是故事的结尾。这种模式却是基于这样的设想:所有的连接系统类型都相同,但实际上,基于不同标准和传输媒体(如卫星和广播)的其它分组交换网络也正被开发出来。效力于BBN鲍勃・卡恩( Bob Kahn)和在Arpa就职的文特・塞弗(Vint Cerf)设计了另外一套系统,实现了不同类型网络的互联。这种设计很简单,即不改变网络本身,只需在它们之间增加网关。每个网关看起来就像网络两端的标准节点,网关负责以合适的方式在网络之间传输数据包。这就涉及到“网际协议”,卡恩和塞弗称之为传输控制协议(TCP),它将数据信息包装入“信封”,即无论其内容是什么,网关都可以传输的数据包。TCP协议的雏形初见于1974年,直到1977年才证实它可以使用分组无线网络和卫星网将Arpanet连接起来。
  TCP协议继续发展,最终传输的内容被分为两部分,一部分处理数据包,另一部分负责寻址和路由。最终标准称为TCP/IP。1982年标准发布之时,其中术语名称又发生了重要的变化:以前的“网关”现在被称为“路由器”。TCP/IP的诞生催生了现代互联网,各种不同网络得以互相连接,并最终连接为一个完整的网际网络。
  从1973起,施乐公司成立的帕洛阿尔托研究中心(Parc)就开始研究以太网这种局域网(LAN)的标准,研究成果于1978年问世。鲍勃领导的Parc小组在TCP/IP标准的制定中作出了重大贡献。当以太网发展为个人电脑的局域网标准后,它与TCP/IP及不断发展的互联网的密切关系正好又推动了互联网本身的发展。
  
  
  连接起来
  
  1983年,当Arpanet采用TCP/IP作为其基本协议时,其它网络已开始在Arpanet架构之外提供电子邮件、文件传输及协作服务。有一部分网络属于商业网,如美国国际商用机器公司(IBM)的系统网络体系结构(SNA)和美国数字设备公司(DEC)的Decnet,而另外一些是用于学术研究的,如计算机科学网(CSNet),国际学术网(Bitnet),以及1984年成立的英国联合学术网(Janet)。此外,汤姆・詹宁斯(Tom Jennings)于1983年编写了Fido软件,后用于网络电子布告栏系统(BBS)。1984年,安大略圭尔夫大学(Onatario’s University of Guelph)编写了Cosy系统,随后推出了“字节信息交换”(BIX)。在英国,Compulink信息交换(CIX)采用Cosy系统修订版,从Fidonet电子布告栏发展成为一套完整的会议系统。
  以上网络都只服务于其各自用户团体,它们之间并没有相互连接,也与Arpanet毫无瓜葛。然而,TCP/IP架构允许网络互联,当美国国家科学基金会(NSF)资助网际连接研究,允许用户连入NSF网络时,不仅强制要求使用TCP/IP,而且坚持应允许所有学术研究用户都能够连入这个网络。英国的Janet也采用了类似的政策。与Unix操作系统捆绑后,TCP/IP使用量大增。Unix操作系统起初开发于贝尔实验室,后来在各学术界得到发展,包括加州大学伯克利分校的学术网。尽管Unix在美国贝尔实验室解体后带有商业目的,但它实际上是免费服务于学术界。
  
  早期的商业化
  
  由于公共部门和商业电信供应商推动,通信带宽的不断增长并带动了网络的发展。随着美国政府政策的放宽,光纤的采用使长途电话网络效果大为改善,也使Unix摆脱限制,从而用于商业目的。而容量的增大和激烈的竞争则意味着价格下滑、带宽增大。总的来说,这些因素大力推动了互联网和联网技术的发展。
  在英国,邮政电信、西联汇款(Western Union)和Tymnet于1978年联合打造了第一个国际分组交换服务网(IPSS),该网采用的是国际电话电报咨询委员会(CCITT,即现在的ITU)制定的X.25标准。与Arpanet不同的是,IPSS可用于商业,并促成了很多服务也相继投入市场,如1979年创办的Compuserve(美国最大的在线信息服务机构之一)。一旦TCP/IP支持网际互联,那么互联网就如我们现在所知的一样,能将所有系统纳入互联网,实现互联互通。
  20世纪80年代中期,互联网使用得到空前发展。那时,大家用互联网这个术语指所有互联互通的网络(包括Arpanet),但从本质上说,主要还是用于学术和科学研究。连接系统数量的增加使得一些方便用户使用的系统也随之发展,如域名系统(DNS),它创造了目前我们所熟悉的主机命名系统。但对于个人而言,要与外界的学术机构或大型企业建立连接还比较困难,或者说费用昂贵。只有使用学术和科学应用软件才能访问美国国家科学基金会网络(NSFnet)的高速主干网,而且,X.25账户的价格也让人望而却步。
  
  网络的大众化
  
  20世纪90年代初,由于一系列基础设施和应用软件的发展推动,网络也开始变化。到1990年,互联网已连接了30万台主机和1000多个使用Usenet标准的新闻组。编写Usenet的初衷是采用内置的UUCP协议来连接Unix主机,可Usenet最终还是被并入了TCP/IP。Arpanet正式“退休”,只有互联网在继续发展。用户可以通过网关系统访问互联网,例如在英国就可通过CIX,使用本地拨号链接来实现文本模式的网络应用,如Telnet、匿名FTP及Usenet。方便用户使用的软件越来越多,越来越普及,如可根据命名检索FTP文件的Archie,可编写信息索引的广域信息服务系统(WAIS),以及让用户更容易访问,利用互联网的Gopher。1991年,万维网(World Wide Web)的发布极大地改变了互联网的面貌。
  
  小小的三个字母
  
  英国科学家蒂姆・伯纳斯-李在日内瓦欧洲核子研究中心(Cern)工作,也正是他提出了万维网(WWW)这一概念。二十世纪六七十年代,哲学家泰得・纳尔逊(Ted Nelson)提出了“超文本”(hypertext),基于这一概念,蒂姆・伯纳斯-李想为Cern的科学家提供一套方法,使得他们能检索他们曾发布的不计其数的信息。1990年晚些时候, 他在Next工作站上开发了一个新软件,采用一组C/S协议便可浏览本地或远程系统上的信息。这样一来,用户也可以通过文件之间的链接来创建并管理文件服务器。1991年初,集统一资源定位器(URL)、超文本传输协议(HTTP)及超文本置标语言(HTML)于一体的软件在网上发布, Cern的科学家Nicola Pellow开发的基于文本的浏览器也同时发布。
  尽管Unix工作站仍然是最受欢迎的开发系统,但其他一些开发者也开始编写浏览器,目的就在于浏览万维网(WWW)中存储在网络中各机器的大量信息。1993年初,马克・安德烈森(Marc Andressen)和恩里克・比纳(Eric Bina)在伊利诺斯州的美国国家超级计算应用中心(NCSA)开发出图形界面浏览器NSCA Mosaic。NSCA Mosaic最初是利用OSF/Motif用户界面在Unix机器上运行,而NSCA的其他工作成员尝试开发了PC版本和Mac版本的浏览器。Mosaic的开发具有突破性意义,大众用户能拥有的机器都与之兼容,此外,它还能显示图形和图像,而伯纳斯-李最初提出的概念只提供文本模式的浏览。
  1994年,Mosaic重新编写为网景浏览器(Netscape Navigator)。微软获知这一互联网资讯后,迅速于1995年把Spyglass公司开发的Mosaic版本变为微软的互联网浏览器(Internet Explorer),并与Windows 95操作系统捆绑发售。
  
  首家互联网服务提供商
  
  所有的发展都离不开互联网连接,而当时互联网还并没有普及。是英国的克立夫・斯坦福(Cliff Stanford)改变了这种状况,他于1991年 在CIX会议系统基础上建立了名为“tenneramonth”会议,用来测试公众对商业化的互联网访问和降低其使用费用是否感兴趣。结果,1992年推出了Demon网络,提供拨号上网,当然这是要收费的,每月10英镑。这也反映出了美国政策进一步放宽后的互联网发展动态,其他众多互联网服务提供商(ISPs)同Demon一样,为大众用户提供经济实惠的拨号上网服务。
  网络应用是人人都需要的,而现在数百万家庭都能利用宽带访问互联网,这种情形是20世纪60年代末所不可想象的。我们现在所使用的基础设施,仍然植根于40多年前设计的分组交换网络和30年前开发的互联协议,对扩张性的考虑也和历史开发人员如出一辙。迄今为止,完全可以说,互联网的发展史就是前瞻思维和协同工作的共同结晶。
  
  展望未来
  
  互联网的发展经验提醒我们,预测互联网的未来时,务必谨慎。当然,若只作出模糊的预测,那又是另外一回事。当大家还在用DEC开发的Alta Vista搜索引擎时,没人预料到谷歌(Google)会称霸搜索领域,更没人能预料Myspace或Youtube会轻易取得如此辉煌的成就。Elon大学(Elon University)的“预测互联网”网站(www.elon.edu/predictions)上收集了一系列20世纪90年代早期的预言,这些数据库给人的主要印象就是预测越精确,结果越荒谬。
  纵使如此,仍然可以根据当前的发展做出预测,而且还会很准确。其中一个预测就是:因为相互连接的各类设备越来越多,所以互联网将继续保持过去15年以来的惊人增长速度。当前,世界范围内已连接了10多亿互联网用户,随着掌上电脑(PDA)和3G手机这类移动设备的日渐普及,网络用户数量会更多。欠发达国家电信基础设施极不发达,但现在则飞跃发展进入完善的无线技术阶段,因此未来5到10年中,大部分的互联网增长也将来自这些地区。
  
  下一代地址
  
  如果不改变互联网的寻址系统,就会引发重大问题。1970年的原始网络协议(IP)设计为每个连接节点规定了32位地址,为我们提供了熟悉的IP地址结构,如121.34.9.221,这种架构支持地址总空间为232(40亿至50亿之间)可用地址。但不是所有的地址范围都用于通常目的,因此实际的范围要小一些。尽管许多互联网连接利用网络地址转换(NAT)路由器共享一个IP地址,但如果将来连接量增大,目前的地址范围就不能满足其要求了。
  为解决该问题,1994年提出了新的IP标准。IPv6就是要最终取代目前的IPv4,实验网络目前已经使用新的协议标准。IPv6的主要变化就在于扩展的128位地址空间,它支持最大340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个地址,因此完全能够应付未来最大程度的连接增长需求。有分析师计算出,除真实环境中对地址使用作正常限制外,即使出现最坏的情况,地球表面每平方米都至少还会有1564个地址。
  
  IPv6的另一个新特点是它能确定信息包的传输路径,这也是协议质量保证或协议其它目标的一部分。例如,要求准实时(Near-real-time)连接的限时信息包(如演讲或电视)可以通过专门的高速连接或公司自己的路由器实现高速传输。单独主机也可以采用其他方式,优先处理需要发送至网络的数据包,因此更多的准实时数据流会被优先发送。IPv6的安全性能也值得一提,某些不再使用的IPv4功能被删除。其中一个重要的特点是,在IPv6取代IPv4时无需现有交换机升级日期的大限。互联网工程工作小组(IETF)曾预见,这两种标准还可能共存10年时间,并确认IPv6信息包可以被封装为IPv4格式,因此可用目前还未升级的IPv4专用路由器发送IPv6数据包。
  重视交互工作意味用户没法弄清网络哪部分已经升级、哪部分没有。Windows XP和Vista除了IPv4外,已经采用IPv6协议集,Mac OS X也有支持IPv6的内置设计。只要IPv4地址空间用完之前就开始向IPv6升级,运用Ad Hoc方案(译者注:Ad Hoc强调在不依赖基础网络设施的前提下由一定范围内的移动终端动态的建立可以互联的网络,通过分层的网络协议和分布式算法相互协调,实现网络的自动组织和运行。这里指在IPv4的环境中,采用IPv6的主机之间可以使用Ad Hoc的方式实现直接的连接,而不受非IPv6网络基础设施的影响),我们有望在五年内就能看到它们基本完成平滑过渡。
  
  连接未来
  
  IPv6数据包将在什么样的网络中传输呢?在长途传输上,就如现在的情况一样使用相同的硬件,只是更多地使用更大带宽的光纤网络,在全球范围内提供更多新的高带宽服务并增强网络性能。
  高性能互联网服务中的新理念在实验性网络中已得到验证。在美国,Internet2项目连接了70家公司、200多所大学、45个美国政府机构及50多个国际合作伙伴,并用Qwest光纤连接建立了实验网络以载送IPv6通信业务。Abilene网络连接分布在不同接入点gigapops, 这些gigapops以超过10Gbps的OC-192c方式连接,使用高性能的路由器,并通过持续的流量监控保证不同应用负载下路由器仍然高性能的运行。这种网络又与光路分组综合网络(HOPI)相互连接,将HOPI与光交换技术一起投入实验,目的是要开发出一个由IP路由器和光交换结合,高速传递数据并能动态分配带宽的新型Internet骨干网。
  类似的实验和开发还在进行,英国电信主持的21世纪网络(21CN)已经展开,并将在2008年之前使一半以上英国国内的英国电信用户使用该网络;该公司也计划同步完成其国际网络的升级以适应21CN网络的标准。这项伟大的计划将用基于纯IP的语音与数据架构取代目前使用的模拟电话、数字电话及数据网络的混合架构,这涉及为每个数据交换点更换新设备,并需再次思考长途光网络问题。在这些交换点,多业务接入节点(MSANs)将取代目前的X系统、Axe语音集中器(Axe Voice Concentrators)和ADSL Dslams(数字用户线路接入复用器),这样就能将各类用户都连入多协议标签转换(MPLS)的IP主干网。实际上,英国电信正在使用以太网协议来取代ATM来进行长途的IP流量传输,这样就提高了数据传输的效率。
  建好21CN后,英国电信将为新的应用程序提供高性能、服务质量优良的网络,如电视和视频点播。同时由于所有的语音电话通信都将成为VoIP(Voice Over IP)电话,还能提供经济实惠的语音服务。接下来的5年内,家用电话线也将变为高速的IP宽带连接,承载语音电话将只是其中的一项服务,另外还有互联网访问、电视点播等。未来5年内,家用电话将采用高速宽带IP连接,与互联网访问、电视点播系统一样,语音电话也是其服务项目之一。英国电信的Home Hub方式提供了一种基础设施,其他各种服务都可以通过这个网络将各自的MSANs与用户连接起来,只要服务使用基于IP的架构。
  
  移动网络
  
  当然,也有大量其他的选择方案。IPv6发展的一大动力来自这样一种信念,即未来的互联网发展并非主要来自电脑业务,而是来自其他连接的设备,特别是移动设施。移动用户现在希望并要求从手机、PDA和其它设备上就可访问互联网。但是大众对3G移动数据服务的缓慢接受过程似乎说明这种需求并不强烈,但殊不知,这更多是其他原因造成的:性能差、费用高,移动运营商试图引导消费者接受有严格限制条款的服务。
  这就是手机和PDA转而青睐Wi-Fi无线网络的原因。接下来几年内,802.11技术的发展,以及越来越多的场所将免费或低价提供无线接入,因此这种转变速度只会更快。现在咖啡馆、机场及其它场所都有802.11b和802.11g无线接入点(hotspots),但是这些接入点的覆盖范围非常有限。Wimax无线接入更有前景,这种远程高速的无线网络标准基于802.16标准,可将无线接入点完美接入网络,就象蜂窝移动电话网络一样,或在大范围内如城镇中心提供移动网络接入。Norwich刚刚建成城市中心方圆30公里的免费无线接入网络。Pipex Wireless和Intel也在Milton Keynes开始进行Wimax试点项目。
  正是美国建设无线Metro Area Network项目之后上述项目才相继部署。现今,在咖啡馆或商店里用笔记本或PDA无线上网,我们已习以为常;五年后,当你打开设备时,会发现几乎到处都能提供无线接入点。
  
  下一步是什么
  
  对用户而言,这些发展不会明显地影响到互联网,但会让互联网的使用更可靠,速度更快。任何具有处理能力的新设备,都将遵照互联网标准设计,任何时候都可以连入互联网。新服务越来越多,网络变化也随之而来,例如IPv6协议支持的户外视频和电视点播系统,但没人知道究竟会发生什么变化。从很大程度上来讲,互联网不会受制于公司,而将自行发展。
  互联网的管理机制还存在争议。联合国正要求获得更多互联网控制权,防止美国全盘控制互联网。互联网需要采用多语言域名,而不仅仅是现行强制性规定的英语域名,地方和国家政府需要更多地参与互联网的设定,缩小“数字鸿沟”,这些都是迫切需要解决的问题。一些反对人士声称,这样做会导致政府加大力度审查互联网,就像中国和一些中东国家现在的状况,反对人士希望互联网仍然是一个协作、共享的体系。
  “网络中立”在美国也引起了很大争论,从事互联网业务的电信公司希望,享受他们高质量接入服务的公司应加付额外款项。反对者指出,这样做会产生一个双重的、反民主的互联网,还会增加不必要的成本。双方首先可能互相妥协,然后网络中立方会占上风,但这些争论最终将不了了之。
  虽然我们不清楚将来会使用什么样的应用软件,也不知道政治前景如何,但我们预测未来五年一定是个技术更加发达的时代。几乎人们可以想到的所有设备都可以访问互联网。那么未来十年呢?实际上,互联网在以后漫长时间里的发展何去何从,我们不得而知。

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