【网络】网络的发展历程及其相关概念

 1.什么是网络

计算机网络是指将一群具有独立功能的计算机通过通信设备以及传输媒体被互联起来的，在通信软件的支持下，实现计算机间资源共享、信息交换或协同工作的系统。计算机网络是计算机技术与通信技术紧密结合的产物，两者的迅速发展渗透形成了计算机网络技术。

简而言之呢，计算机网络就是实现两台计算机相互沟通的介质。

2.互联网和因特网的区别

internet（互联网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互联而成的网络。在这些网络中的通信协议是任意的。

Internet(因特网)是一个专有名词，它指的是当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPNnet和NSFnet.    

3.网络的发展历程

3.1.阿帕网

互联网始于1969年美国的“阿帕网”

“阿帕网”又是什么？

“阿帕”（ARPA），是美国高级研究计划署（Advanced  Research  Project  Agency）的简称。

        1957 苏联发射了人类靠前颗人造地球卫星Sputnik。作为响应，美国国防部(DoD)组建了高级研究计划局(ARPA)，开始将科学技术应用于军事领域 。他的核心机构之一是信息处理处（IPTO  Information  Processing  Techniques  Office），一直在关注电脑图形、网络通讯、超级计算机等研究课题。

在美国，20世纪60年代是一个很特殊的时代。

        60年代初，古巴核导弹危机发生，美国和原苏联之间的冷战状态随之升温，核毁灭的威胁成了人们日常生活的话题。

在美国对古巴封锁的同时，越南战争爆发，许多第三世界国家发生政治危机。

由于美国联邦经费的***和公众恐惧心理的影响，"实验室冷战"也开始了。

鉴于此，苏联发射卫星与成立ARPA的直接关系应该很容易理解。

1962年，J.C.R.Licklider离开MIT，加入ARPA，并在后来成为IPTO的首席执行官。

也就是他在任期间将办公室名称从命令控制研究（Command  and  Control  Research）改为IPTO。

也就是在他任职期间，据估计，整个美国计算机科学领域研究的70%由ARPA赞助。

在许多人看来与一个严格意义上的军事机构相去甚远，并给许多研究者自由领域来实验

结果ARPA不仅成为网络诞生地，同样也是电脑图形、平行过程、计算机模拟飞行等重要成果的诞生地。

约瑟夫·利克莱德是全球互联网公认的开山领袖之一，是麻省理工学院(MIT)的心理学和人工智能专家J.C.R.Licklider(约瑟夫·利克莱德)教授。 

3.2.阿帕网起源

美国国防部认为：如果仅有一个集中的军事指挥中心，万一这个中心被原苏联的核武器摧毁，全国的军事指挥将处于瘫痪状态，其后果将不堪设想。

因此有必要设计这样一个分散的指挥系统——它由一个个分散的指挥点组成，当部分指挥点被摧毁后其它点仍能正常工作，而这些分散的点又能通过某种形式的通讯网取得联系。

1964年伊凡·沙日尔兰德（Ivan  Sutherland）继任担任该处处长，两年后的鲍勃·泰勒（Bob  Taylor）上任，他在任职期间萌发了新型计算机网络的想法，并筹集资金启动试验。

在鲍勃·泰勒的一再邀请下，日后成为“阿帕网之父”的拉里·罗伯茨出任信息处理处处长。  

1967年，罗伯茨来到高级研究计划署ARPA，着手筹建“分布式网络”。人员调度和工程设计很顺利，不到一年，就提出阿帕网的构想。

1968年，罗伯茨提交研究报告《资源共享的计算机网络》，其中着力阐发的就是让“阿帕”的电脑达到互相连接，从而使大家分享彼此的研究成果。

根据这份报告组建的国防部“高级研究计划网”，就是著名的“阿帕网”，拉里·罗伯茨也就成为“阿帕网之父”。 

3.3.分组交换的发展

1948年 香农 在 《通信的数学理论》中写道：通信的基本问题是在一点精确地或者近似的复现在另一个点所选取的讯息,这些讯息往往都是有意义的 。

通信的本质是数据交换，只有实现了数据的交换，才能证明线路的连通性  

从电话发明之初，人们就发现想要所有的电话机都进行两两连接是不现实的

因为这种方式的电路连接将需要大量的电话线

于是人们借助于电话交换机将电话连接起来，每一部电话都连接到交换机上

电路交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间进行通信

在使用电路交换前，必须先拨号请求连接，当被叫用户接收到交换机送来的振铃声，并接听时

主叫端到被叫端就建立起来了一条连接，也就是一条专用的物理通路，这条连接保证了双方通话需要的所有资源

这些资源在双方通信时不会被其他用户占用。

这种必须经过 " 建立连接”（占用资源）--->“通话”（一直占用资源）--->“释放连接”（释放资源）"三个步骤的交换方式称之为电路交换。

通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

电路交换的实时性好，稳定性高，但是由于通话双方独占通信资源，线路的利用率很低。

再后来出现了分组交换

学术界公认分组交换技术是英国人Donald Watts Davies(唐纳德·戴维斯)和美国人Paul Baran(保罗·巴兰)在20世纪60年代早期分别独立发明的

分组交换采取存储转发技术

通常把要发送的整块数据称之为一个报文，在发送报文之前，把一个报文划分为几个分组后在进行传送 。在传送数据之前，不需要提前建立连接，也不会持续占用通信链路，在哪段链路传输，就占用哪段的资源

其实从本质上讲，分组交换这种分段存储转发原理并不是全新的理念

自古就有邮政通信，本质理念也是存储转发，而且，电报通信也是基于存储转发原理

在交换中心，一份完整的报文被全部接受后，在进行转发，这就叫做报文交换

1. 电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。
2. 报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
3. 分组交换——单个分组(这只是整个报文的一部分)传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

3.4.阿帕网的连接实现

既然提出了阿帕网的构想，那么下一步就是进行实现。

阿帕网是建立在“包交换理论”基础之上的一个去中心化的，或者叫做分布式的网络系统（DistributedNetworks）。

最初的阿帕网有四个节点：

        洛杉矶的加利福尼亚州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学四所大学的4台大型计算机

ARPA网采用两类通信处理机：交换处理机(IMP)和终端交换处理机(TIP)，IMP其实就是路由器的前生。

1968年 Bolt Beranek and Newman、Inc.公司(BBN)获得建立接口消息处理机(IMP)中的包交换部分的合同。

IMP是一种专用于通信的计算机，有些IMP之间直接相连，有些IMP之间必须经过其他的IMP间接相连。当IMP收到一个报文后要根据报文的目标地址决定把该报文提交给与它相连的主机还是转发到下一个IMP，这种通信方式叫做存储-转发通信。

1969年 使用BBN公司开发的接口消息处理器IMP建立节点(配有12K存储器的Honeywell DDP-516小型计算机)；

AT&T公司提供速率为50kpbs的通信线路。

总之最初的阿帕网就是这四个节点，通过通信处理机和通信链路构成的一个“局域网”。

1969年底，阿帕网正式投入运行。

从军事要求上是置于美国国防部高级机密的保护之下，从技术上它还不具备向外推广的条件。   

3.5.通信协议

        在阿帕网（ARPA）产生运作之初，通过接口信号处理机实现互联的电脑并不多，大部分电脑相互之间不兼容。

        在一台电脑上完成的工作，很难拿到另一台电脑上去用，想让硬件和软件都不一样的电脑联网，也有很多困难。

当时美国的状况是：陆**的电脑是DEC系列产品，海**的电脑是Honeywell中标机器，空**的是IBM公司中标的电脑

每一个军种的电脑在各自的系里都运行良好，但却有一个大弊病：不能共享资源。

正是因为底层软硬件之间的差异，所以才需要一个适用于网络传输的统一的规则

也就是不管有何差别，只要大家遵循统一的网络通信协议，就能够实现通信。

1970年12月制定出来了最初的通信协议---由卡恩开发、瑟夫参与的“网络控制协议”（NCP）。

在自己研究的基础上，认识到只有深入理解各种操作系统的细节才能建立一种对各种操作系统普适的协议。

        1973年卡恩请 瑟夫Vint Cerf一起考虑这个协议的各个细节，他们这次合作的结果产生了在开放系统下的所有网民和网管人员都在使用的“传输控制协议”（TCP，Transmission-Control Protocol）和“因特网协议”（IP，Internet Protocol），也就是TCP/IP协议，也就是至今为人们所熟知的TCP、IP。

这个体系结构在它的两个主要协议出现以后被称为TCP/IP参考模型(TCP/IP Reference Model)。

这一网络协议共分为四层：网络接口层、互联网层、传输层和应用层

TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称 

1983年1月1日，运行较长时期曾被人们习惯了的NCP被停止使用，TCP/IP协议作为因特网上所有主机间的共同协议，从此以后被作为一种必须遵守的规则被肯定和应用。

1984年，美国国防部将TCP/IP作为所有计算机网络的标准。  

3.6.ip地址

TCP/IP有四个版本被开发出来——TCP v1、TCP v2、在1978年春天分成TCP v3和IP v3的版本，后来就是稳定的TCP/IP v4——因特网仍然使用的标准协议

IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是靠前个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。

1981年Jon Postel 在RFC791中定义了IP。

IP地址被用来给Internet上的电脑一个编号。大家日常见到的情况是每台联网的PC上都需要有IP地址，才能正常通信。

IP地址（英语：Internet Protocol Address）是一种在Internet上的给主机编址的方式，也称为网络协议地址。

常见的IP地址，分为IPv4与IPv6两大类。

简而言之IP地址就是一串数字标识一个网络上的主机，IP地址是计算机网络世界中，如同现实世界中门牌号地址一般的存在。  

3.7.RFC

RFC就是Request for comments  ，也就是请求评论，是一系列以编号排定的文件

RFC文件格式最初作为ARPA网计划的基础起源于1969年。

如今，它已经成为IETF、Internet Architecture Board (IAB）还有其他一些主要的公共网络研究社区的正式出版物发布途径。

这是互联网标准化的工作相关的文件。

在Internet上，任何一个用户都可以对Internet某一领域的问题提出自己的解决方案或规范，作为Internet草案

目前有以下两个阶段

1. 建议标准(Proposed Standard)——从这个阶段开始就成为RFC文档
2. 互联网标准((Internet Standard)——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号

RFC文件只有新增，不会有取消或中途停止发行的情形。但是对于同一主题而言，新的RFC文件可以声明取代旧的RFC文件。

简言之，RFC就是互联网标准的讨论以及最终确定的会议记录。   

3.8.分层的网络结构

相互通信的计算机必须高度协调才能够进行通信，仅仅一条线路是不可能的。

为了处理这些复杂的网络问题，早在最初的阿帕网中，就提出了分层的方法。

分层将庞大复杂的问题，转换成若干个局部较小的问题，较小的问题就更加易于研究分析。

比如，唐僧取经，西天路途遥远，如果整体的看待出行问题，势必非常复杂。

如果将整条路拆分为多个小段，这一段适合坐船，那一段适合骑马，这样就能够更好地解决问题。

通过分层，各层之间相互独立，整体功能进行分解，每层实现独立功能 ，灵活型好，易于实现和维护，当一层发生变化，不会影响另一层，只要他们之间的协作接口不变。

其实就是软件开发中的解耦。

关于通信协议的分层，有下面三种形式，其实只有中间的TCP、IP是有用的

1. OSI理论虽然很完备，但是没有赶上互联网的发展，而且实现过于复杂
2. TCP/IP协议才是真正使用的协议
3. 第三个则是一般的教科书中为了研究学习,结合两者“造”出来的一种层次结构

3.9.现代网络

从上面的简单介绍可以看得出来，为什么说互联网始于阿帕网了？

阿帕网借助于通信处理机以及通信链路，通过TCP/IP协议进行数据传输，形成了现代计算机发展的雏形。

现在的计算机网络，从当初的阿帕网已经发展到世界上最大的覆盖全球的计算机网络了，是一个多层次的ISP结构的互联网

ISP 就是互联网服务提供者 Internet Service Provider

网络互连，需要借助于通信链路以及路由器(通信处理机的今生)，此时此刻的你与大洋彼岸的另一台电脑主机之间，中间隔着很多的通信链路

这些网络设备都是需要费用和维护的，所以就催生出来了ISP（最初互联网是由***管理的）

比如，中国电信，中国移动，中国联通

所有的用户主机属于网络的边缘部分，大量的网络和连接网络的路由器构成了互联网的核心部分，ISP就是管理维护了这些核心部分，为边缘部分提供网络的联通以及交换。

简单地说就是，终端主机通过路由器与其他的终端进行连接，形成网络，网络与网络之间又通过路由器或者其他网络设备进行连接

就这样，网络，网络的网络，网络的网络的网络........就形成了目前世界上最大的覆盖全球的互联网。

4.局域网，广域网

广域网（Wide Area Network），简称WAN，是一种地域范围覆盖广的计算机网络的***，通常所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个地区、城市和国家。由于其超长的覆盖范围，发送介质主要是***或者大型企业部署的电话线或光纤，因此又被大家亲切的称为：外网、公网。

局域网（Local Area Network），简称LAN，相对于广域网（WAN）而言，主要是指在某一区域的计算机互联网络。“某一区域”指的是同一办公室、同一建筑物、同一公司和同一学校等，一般是方圆几千米以内。

更通俗地讲，你用手机上的移动网路，浏览网页时用到就是运营商体提供的WAN，即广域网。打开手机，连接图中的路由器R1、R2后，再访问网页，手机使用的就是局域网。是的，路由器这种工具往往充当广域网与局域网接入的“中间媒介”。

局域网和广域网的对比

特性	局域网（LAN）	广域网（WAN）
地理范围	小范围（几百米到几公里）	大范围（几公里到全球）
传输速度	高速（100Mbps - 10Gbps）	低速到中高速（几Mbps - 几百Mbps）
组网成本	较低	较高
网络延迟	低	较高
所有权	由单个组织或个人拥有和管理	由多个组织、***或电信公司拥有和管理
使用设备	交换机、路由器、无线接入点等	路由器、光纤设备、卫星、调制解调器等
技术和协议	以太网（IEEE 802.3）、Wi-Fi（IEEE 802.11）	MPLS、Frame Relay、ATM等

事实上，广域网和局域网的划分其实没有太明显的界限！ 

路由器实现数据包的跨网络转发。 

4.1.局域网中的分类

局域网按照是否使用何导线或传输电缆连接网络设备，分为有线局域网、和无线局域网。

1. 无线局域网（英语：Wireless LAN，缩写WLAN）是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，其使用无线电波或电场与磁场作为数据传送的介质，传送距离一般只有几十米。
2. 有线局域网，是使用导线或传输电缆连接的局域网，传送距离可达几千米。

WLAN和有线局域网最大的区别就是“无线”。

无线局域网WLAN的范围实际上很广，按照定义，以各种无线电波（如激光、红外线等）的无线信道来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络都叫WLAN。

但是，由于一些技术比如WiFi、蓝牙使用的很多，以至于它们几乎代表了WLAN。实际上，WLAN是指一种网络组织架构，而WiFi是WLAN中的技术标准之一罢了。

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