第六章 互联网

第六章互联网随着计算机技术的不断进步和普及，人们意识到，只要打破单台计算机孤立运行的方式，将计算机互联，实现计算机间的信息交换（即通信）和资源共享（指所有用户能够分享各个计算机系统的全部或者部分硬件资源、软件资源和数据资源），那么计算机就可以发挥更大的效能。

所谓计算机网络，就是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和通信线路连接起来，使用功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式及操作系统等）实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。

计算机互联网有多种类型，进入 20 世纪 90 年代以后，以Internet为代表的计算机互联网络得到了飞速的发展。

Internet又名“因特网”，是全球最大的、开放的计算机互联网络；目前接入因特网的计算机已覆盖180余个国家和地区，已把全球上亿台计算机联接而成了一个超大网络，联入的计算机存储了最丰富的信息资源。

网络对社会的影响越来越大，现在Internet已深入到了社会的各方面，政府办公、企业管理、商业、金融，人们获取资信、工作、学习和交往都已离不开网络。

网络正在改变世界。

6.1 计算机网络概述6.1.1 互联网兴起计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物，是随社会对信息的共享和社会信息化的要求而发展起来的。

1．计算机网络的形成和发展（1） 计算机网络的发展主要经历以下几个阶段：第一阶段（20 世纪 50 年代）——联机系统以单计算机为中心的联机系统，又称为面向终端的计算机网络。

它是由一台主机和若干个终端组成的，如图6-1-1所示。

主机是网络的中心和控制者，分布在各处的本地或远程终端通过公共电话网及相应的通信设备与主机相连，登录到主机上，使用主机上的资源。

在主机和每个终端之间都有一条专用的通信线路；当连接的终端较多时，这一互联方式存在主机的负荷较重，通信线路利用率低，可靠性低等缺点。

在连接的终端数目增多的情况下，为减轻承担数据处理的中心计算机的负载，在通信线路和中心计算机之间设置了一个前端处理机 FEP （ Front End Processor ）或通信控制器CCU （ Communication Control Unit ）专门负责与终端之间的通信控制，从而出现了数据处理和通信控制的分工，更好地发挥了中心计算机的数据处理功能。

另外，在终端较集中的地区，设置集中器和多路复用器，采用低速线路将附近群集的终端连至集中器或复用器，然后将数据通过调制解调器（ Modem ）与远程中心计算机的前端机相连，构成如图 6-1-2 所示的远程联机系统，从而提高了通信线路的利用率，节约了远程通信线路的投资。

图6-1-1 面向终端的计算机网络图 6-1-2 单计算机为中心的远程联机系统第二阶段（20世纪60年代中期到70年代早期）—多主机互联的初期网络阶段：20 世纪 60 年代后期，开始出现将多台主计算机通过通信线路互联构成的计算机网络，如图 6-3 所示。

图 6-1-3 以多计算机为中心的网络逻辑结构图这种系统已由第一阶段利用一台中心计算机为所有用户服务的模式发展到了由多台分散的主计算机共同提供服务的模式。

其典型代表是美国国防部高级研究计划局（ Advanced Research Project Agency ）的 ARPAnet （通常称为 ARPA 网）。

20 世纪 60 年代后期美国国防部高级研究计划局为促进对新型计算机网络的研究，提供经费资助美国多所大学和公司于 1969 年建成了一个具有四个节点的实验性网络，到 1973 年 ARPAnet 发展到 40 个节点，而到 1983 年已经达到 100 多个节点。

ARPAnet 通过有线、无线与卫星通信线路，使网络覆盖了从美国本土到欧洲的广阔地域。

ARPAnet 是计算机网络技术发展的一个里程碑。

它对发展计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面：z完成了对计算机网络定义、分类描述；z提出了资源子网、通信子网的两级结构的概念；z研究了报文分组交换的数据交换方法；z采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系；z促进了 TCP/IP 协议的发展；z为 Internet 的形成与发展奠定了基础。

但这些网络也存在不少弊端，主要问题是各厂家提供的网络产品实现互连十分困难。

因此，人们迫切希望建立一系列的国际标准，这正是推动计算机网络走向国际标准化的一个重要因素。

第三阶段（20世纪70年代中期以后）—— 标准化网络20世纪70年代中期以后，计算机网络开始正式步入网络标准化时代。

20世纪80年代,随着微机的广泛使用,局域网获得了迅速发展。

美国电气与电子工程师协会（IEEE）为了适应微机、个人计算机（PC）以及局域网发展的需要,于1980年2月在旧金山成立了IEEE802局域网络标准委员会,并制定了一系列局域网络标准。

在此期间,各种局域网大量涌现。

为了适应计算机网络向标准化方向发展的形势， ISO 在 1984 年颁布了“开放系统互联基本参考模型”的正式文件，即著名的 ISO 7498 国际标准，通常人们将它称为 OSI （ Open System Interconnection ）参考模型，并记为 OSI/RM ，该模型也称为 OSI 七层模型。

OSI 参考模型是新一代计算机网络体系结构的基础，不仅确保了各厂商生产的计算机间的互连，同时也促进了企业的竞争。

第三阶段典型的标准化网络结构如图6-1-4所示，计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。

它在结构上必须分成两个部分：负责数据处理的主计算机与终端；负责数据通信处理的通信控制处理机（communication control processor ，CCP ）与通信线路。

资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。

它由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成。

通信子网是由通信介质、通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。

图6-1-4 计算机网络的基本结构第四阶段（20世纪90年代至今）—— 网络互连与高速网络进入20世纪90年代，计算机网络技术的迅猛发展，特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII（NII，National Information Infrastructure）后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大的推动了计算机网络技术的发展。

使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互连与高速网络阶段，如图6-1-5所示。

图6-1-5 网络互连与高速网络的基本模型（2）互联网的产生什么是互联网？简单地说，互联网是一个由各种不同类型和规模的、独立运行和管理的计算机网络组成的世界范围的巨大计算机网络—全球性计算机网络，它的英文名字叫Internet，译名因特网，它是全球最大和最具影响力的计算机互联网络，也是世界范围的信息资源宝库。

因特网的基础是现在的各种计算机网络和通信线路，它把世界各地的计算机网络、数据通信网，通过路由器和各种通信线路在物理上连接起来，在利用 TCP/IP 协议实现不同类型的网络之间相互通信，是一个“网络的网络”。

Internet的原型是前面已提及的1969年美国国防部远景研究规划局（Advanced Research Projects Agency）为军事实验用而建立的网络，名为ARPANET；80年代初期ARPA和美国国防部通信局研制成功用于异构网络的TCP/IP协议并投入使用；1986年在美国国会科学基金会（National Science Foundation)的支持下，用高速通信线路把分布在各地的一些超级计算机连接起来，以NFSNET接替ARPANET；进而又经过十几年的发展形成Internet。

其应用范围也由最早的军事、国防，扩展到美国国内的学术机构，进而迅速覆盖了全球的各个领域，运营性质也由科研、教育为主逐渐转向商业化。

（3）我国互联网发展1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程经美国互联网的主管部门美国国家科学基金会同意正式接入互联网，实现和Internet的TCP/IP连接，开通了Internet全功能服务。

从此中国被国际上正式承认为有互联网的国家。

此事被中国新闻界评为1994年中国十大科技新闻之一，被国家统计公报列为中国1994年重大科技成就之一。

然而当时的信道宽度只有64Kbps。

这一年动工建设的第一代中国教育科研网（CERNET），主干网带宽也是64K，跟今天普通家庭拨号上网的带宽相当。

与美国相比，中国在互联网发展上的差距是整整25年。

1995年11月，中国教育科研网建成，联网单位达到108个。

中国大陆有了第一个全国范围的TCP/IP计算机互联网。

从1996年开始，中国教育科研网承担了国家科技攻关项目“计算机网络及其应用关键技术研究”。

在网络管理、网络安全、搜索引擎、重大仪器共享、路由器等关键设备方面展开研究。

1996年3月，提出中国大陆的第一个互联网标准。

直到1996年底，我国主干网的带宽仍只有64K。

相比于急剧增长的接入需求，中国教育科研网的带宽成为最大的发展瓶颈。

与此同时，国家加速全国数据通信骨干网工程建设。

1998年4月，中国教育科研网起动下一代互联网研究，建成了国内第一个IPv6试验网。

以IPv6技术为主导的下一代互联网，不仅将彻底解决IPv4协议造成的地址危机，让后起的国家获得足够的互联网地址，从而实现真正的“端到端”连接，大大提高网络的服务质量、安全性和传输速度，更重要的是，它的出现，带来了国际互联网重新洗牌的机会。

1999年，教育部进一步支持中国教育科研网主干网加速。

3万多公里的自建网络，主干网带宽达到2.5G，通信线路传输的限制彻底打破了。

2000年9月，我国第一个与国际下一代互联网连接的交换中心在中国教育科研网落成。

2004年12月25日，世界上规模最大的纯IPv6互联网——第二代中国教育科研网（CERNET2）正式开通。

中国人第一次在互联网技术的研究和应用方面，走到了世界的最前列。

与此同时，中国电信等电信网络运营公司大力投入互联网基础设施建设，先后建立了我国的四大公用数据通信网，为我国Internet的发展创造了条件。

四大公用数据通信网分别是：（a）中国公用分组交换数据通信网（ChinaPAC）。

该网于1993年9月开通，1996年底已覆盖全国县级以上城市和一部分发达地区的乡镇，与世界23个国家和地区的44个数据网互联。

（b）中国公用数字数据网（ChinaDDN）。

该网于1994年开通，1996年底覆盖到3000个县级以上的城市和乡镇。

我国的四大互联网的骨干大部分都是采用ChinaDDN。

（c）中国公用帧中继网（ChinaFRN）。