国际互联网

始于 1969年的美国,又称因特网,是全球性的网络,是一种公用信息的 载体, 是大众传媒的一种。 互联网是由一些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的网络, 即广域网、 局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。 组成互联网的计算机 网络包括小规模的局域网(LAN 、城市规模的区域网(MAN 以及大规模的广域网(WAN 等 等。这些网络通过普通电话线、 高速率专用线路、 卫星、 微波和光缆等线路把不同国家的大 学、公司、科研部门以及军事和政府等组织的网络连接起来。

各行各业的人需要运用互联网来工作、生活、娱乐、消费,互联网本身是一个产业,同 时它也带动了其他所有的产业的发展。 计算机网络仅仅是传输信息的媒介, 是一个狭义的硬 件网。 而互联网是个广义的网, 它的精华则是它能够为你提供有价值的信息和令人满意的服 务。 互联网也是一个面向公众的社会性组织。 世界各地数以万计的人们可以利用互联网进行 信息交流和资源共享。 互联网是人类社会有史以来第一个世界性的图书馆和第一个全球性论 坛。 它为用户提供了高效工作环境, 入网的电脑终端可以调阅各种信息资料。 人民可以通过 互联网进行娱乐与消费,听歌、看视频、购物。随着通讯技术的发展,上网终端已经不限于 台式电脑和移动电脑,智能手机、平板电脑、掌上游戏机,甚至谷歌开发出来的眼镜、手表 都可以上网。网络无处不在,网络无所不能。

一、从互联网的发展历程来看,从最初的 ARPANET 到如今的万维网。

1、互联网的起源。这一时期推动互联网发展的推动力是美国的冷战思维。

作为对前苏联1957年发射的第一颗人造地球卫星Sputnik的直接反应,以及由苏联的卫星技术潜在的军事用途所导致的恐惧, 美国国防部组建了高级研究项目局 (ARPA。当时, 美国国防部为了保证美国本土防卫力量和海外防御武装在受到前苏联第一次核打击以后仍 然具有一定的生存和反击能力, 认为有必要设计出一种分散的指挥系统: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, 并且这些点之间,能够绕过那 些已被摧毁的指挥点而继续保持联系。为了对这一构思进行验证, 1969美国国防部委托开发ARPANET ,进行联网的研究。同年,美军在ARPA制定的协定下将美国加利福尼亚大学、斯坦福大学研究学院加利福尼亚大学和犹他州大学的四台主要的计算机连接起来。 这个协定由剑桥大学的BBN和MA执行,在1969年 12月开始联机。它的目的就是重新树立美国在军 事科技应用开发方面的领导地位。当时的网络传输能力只有 50Kbps ,按标准来说就是非常的低。

从1970年开始, 加入ARPANET的节点数不断的增加。 当ARPANET使用的是NCP协议, 它允许计算机相互交流,从1970年开始,加入 ARPANET的节点数不断的增加。最初的NCP协议下的ARPANET上连接了15个节点共23台主机。到1972年时, ARPANET网上的网点数 已经达到40个,这40个网点彼此之间可以发送小文本文件(当时称这种文件为电子邮件, 也就是我们现在的E-mail和利用文件传输协议发送大文本文件,包括数据文件(即现在Internet中的FTP ,同时也发现了通过把一台电脑模拟成另一台远程电脑的一个终端而使 用远程电脑上的资源的方法, 这种方法被称为Telnet 。 由此可看到, E-mail , FTP 和 Telnet 是 Internet上较早出现的重要工具, 特别是E-mail仍然是目前Internet上最主要的应用。 但在NCP协议下,目的地之外的网络和计算机却不分配地址,从而限制了未来增长的机会。 但无论如何, ARPANET成为了第一个简单的纯文字系统的Internet 。可以说,最早促使互联网最初起源的推动力是冷战时期的军备角力思维。

2、 TCP/IP协议的产生。

由于最初的通信协议下对于节点以及用户机数量的限制,建立一种能保证计算机之间 进行通信的标准规范(即“通信协议”显得尤为重要。 1973年,美国国防部也开始研究如何实现各种不同网络之间的互联问题。作为Internet的早期骨干网, ARPAnet的试验并奠定了Internet 存在和发展的基础, ARPAnet在技术上的另一个重大贡献是TCP/IP协议簇的开发和利用。 1972年 Robert Kahn来到 ARPA ,并提出了开放式网络框架,从而出现了大家 熟知的 TCP/IP(传输控制协议 /网际协议 。 1983年1月1日,所有连入ARPANET的主机实 现了从NCP向 TCP/IP协议的转换。为了将这些网络连接起来,美国人温顿•瑟夫(Vinton Cerf提出一个想法:在每个网络内部各自使用自己的通讯协议, 在和其它网络通信时使用TCP/IP协议。

这个设想最终导致了Internet的诞生,并确立了TCP/IP协议在网络互联方面不可动摇的地位,基于 TCP/IP协议的公网的发展推动了互联网的发展。

3、网络的“春秋战国”时代。

70年代末到 80年代初,可以说是网络的春秋战国时代,各种各样的网络应运而生。 八十年代初, DARPANet 取得了巨大成功,但没有获得美国联邦机构合同的学校仍不能使用。为解决这一问题,美国国家科学基金会(NSF 开始着手建立提供给各大学计算机系使用的计算机科学网(CSNet 。 CSNet 是在其他基础网络之上加统一的协议层,形成逻辑上 的网络,它使用其他网络提供的通信能力,在用户观点下也是一个独立的网络。 CSNet 采用 集中控制方式,所有信息交换都经过 CSNet-Relay (一台中继计算机进行。1982年,美国北卡罗莱纳州立大学的斯蒂文•贝拉文(Steve Bellovin 创立了著名的 集电极通信网络——网络新闻组 (Usenet , 它允许该网络中任何用户把信息 (消息或文章 发送给网上的其他用户,大家可以在网络上就自己所关心的问题和其他人进行讨论; 1983年在纽约城市大学也出现了一个以讨论问题为目的的网络—— BITNet , 在这个网络中, 不同的话题被分为不同的组, 用户可以根据自己的需求, 通过电脑订阅, 这个网络后来被称之为Mailing List (电子邮件群 ; 1983年,在美国旧金山还诞生了另一个网络FidoNet (费多 网或 Fido BBS即公告牌系统。它的优点在于用户只要有一部电脑、一个调制解调器和一 根电话线就可以互相发送电子邮件并讨论问题,这就是后来的 Internet BBS。

以上这些网络都相继并入Internet而成为它的一个组成部分, 具有特定用途和特点的 网络的发展,推动了Internet成为全世界各种网络的大集合。

4、 Internet 的基础—— NSFNET

Internet的第一次快速发展源于美国国家科学基金会(National Science Foundation简称NSF的介入,即建立NSFNET 。

1983年, ARPAnet分裂为两部分, ARPAnet和纯军事用的MILNET 。八十年代初,美国一大批科学家呼吁实现全美的计算机和网络资源共享, 以改进教育和科研领域的基础设施建设,抵御欧洲和日本先进教育和科技进步的挑战和竞争。

80年代中期,美国国家科学基金会(NSF为鼓励大学和研究机构共享他们非常昂贵的 四台计算机主机,希望各大学、研究所的计算机与这四台巨型计算机联接起来。最初NSF曾试图使用DARPANet作NSFNET的通信干线,但由于DARPANet的军用性质,并且受控于政府机构,这个决策没有成功。于是他们决定自己出资,利用ARPANET发展出来的 TCP/IP通讯协议,建立名为NSFNET的广域网。

Internet 在80年代的扩张不单带来量的改变, 同时亦带来某些质的变化。 由于多种学术团体、企业研究机构,甚至个人用户的进入, Internet 的使用者不再限于纯计算机专业人员。 新的使用者发觉计算机相互间的通讯对他们来讲更有吸引力。于是,他们逐步把Internet当作一种交流与通信的工具,而不仅仅只是共享NSF巨型计算机的运算能力。 NSFnet 对Internet的最大贡献是使Internet向全社会开放, 而不象以前的那样仅供计算机研究人员和政府机构使用。更多的非计算机专业人员希望通过使用广域网得到他们希望得到的信息。 5、中国互联网的发展。

1987年9月20日,钱天白教授发出我国第一封电子邮件“越过长城,通向世界” ,揭开了中国人使用Internet的序幕。1990年10月,钱天白教授代表中国正式在国际互联网络信息中心的前身DDN-NIC (相当于现在的INTERNIC注册登记了我国的顶级域名 CN ,并 且从此开通了使用中国顶级域名CN的国际电子邮件服务,因特网在我国进入了飞速发展时期。 1996年 1月, ChinaNET 全国骨干网建成并正式开通,全国范围的公用计算机互联网络开始提供服务。

截至2010年 6月,中国网民规模达到 4.2亿,大部分网络应用在网民中更加普及,各 类网络应用的用户规模持续扩大。其中, 商务类应用表现尤其突出,网上支付、网络购物和网上银行半年用户增长率均在 30%左右,远远超过其他类网络应用。社交网站、网络文学和搜索引擎用户增长也较快。 截至2010年6月, 网络购物、 网上支付和网上银行的使用率分 别为 33.8%、 30.5%和 29.1%,增速在各类应用中排名前三。网络购物在主要网络应用中排 名提升一位,使用率超过了论坛。从 2010开始互联网彻底走进人们的生活。通讯电子产品 价格的急剧下降,导致笔记本,台式电脑,智能手机的广泛普及使得上网变得更加简单。 二、从技术的角度来看,从包交换、通信协议以及组网的规模一直都是科学家和通信 工作者们研究与努力的方向。这些技术层面的不断突破,促进了互联网的发展。

1、利用 TCP/IP协议代替 NCP 协议。

最初BBN公司设计、组装并运行了ARPANET 。 1969年就有了一个充分发展了的包交 换网络。 BBN建造了一个多处理器的系统一 Pluribus , 许多软件开发后来又被用在ARPANET上。那时, TCP /IP 还在早期阶段, IETF 的科学家所做的是将TCP /IP 引入 TIP ,而TIP 又是 IMP 的一部分。项目中的一个步骤就是用TCP /IP 协议代替ARPANET原来的主机到机的协议NCP 。

2、用多层的路由分配来解决路由表限制的问题。

起初要建造一些被称作网关的东西(现在叫做路由 。当时能够意识到路由器本身就可以作为分组交换机,这是一个很激进的想法, BBN 里大行其道的还是ARPANET风格的分组交换, 而这在商业上追根溯源是来自X . 25包交换。 BBN的工作人员们认为IP和路由并不可靠。 科学家们花费了很大力气才说服他们这是一个重要的商机。 此后, 科学小组研发并部 署了四代网关/路由器、 Hw 、 SW 等等。有很多问题至今还在讨论中,比如路由表变得太大。然后有了试图区分内部路由和外部路由的想法。早先有一个协议,然后取而代之的是BGP(边界网关协议 。为了完成这项工作, BBN 定期举行会议—开始是为了ARPA ,后来是 为了防御数据网 (DefenseDatanetwork。这一切都在IETF之前,作为一项规范化制定协议的活动,后来才发展成为了IETF 。

3、随着IETF的设立与发展壮大,下一代的IP协议:IPV6的诞生。

IETF ,互联网工程任务组,成立于1985年底,是全球互联网最具权威的技术标准化组织, 主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定, 当前绝大多数国际互联网技术标准出自IETF 。随着IETF的发展壮大,第二任主席PhilGross决定按不同领域划分IETF 。由于在BBN时路由方面的工作, Bob Hinton受任为第一任路由区域主管 (AreaDirector, 简称AD。 IETF建立并统一了现存的所有路由协议:RIPv2、OsPF 、IS — IS 、BGP 。引人注目的是,那时建立的一些工作组至今还在继续工作。 Bob的小组参与了IPng过程的工作,和另一个组合作 (和 SteveDeering起 ,研发了下一个版本的IP—— IPv6。

互联网之所以能有今天的发展,有两个因素功不可没:

一是IP和TCP简单易用的接口,二是设备之间无需有十分紧密的联系。 这样一来, 不同的公司、组织、 不同的人都可以参与建设互联网。要想建立不仅技术上可行、 同时商业环境上友好的网络, 这是唯一的途径:各自为政, 没有人独揽大权。联系过于紧密的事物是难以测度的。 一个相反的例子就是电话网络最初的发展。 在美国和许多其他国家, 都有一个组织包揽建网、 设立标准、技术研发的全部工作。 互联网从未按照这种模式发展。 从一开始大家就各自为政,十分灵活。这是互联网之所以成长壮大并如此多样的原因之一。

未来的互联网仅仅靠现有的笔记本电脑、PC 和服务器是不够的,越来越多的小型器件和植入型的器件将会出现。这些设备可能是自组的,但它们相互联网。 建造如此庞大、 复杂并且密集的网络, 一切都要达到互联, 并且在一个安全的方式下实现交互, 这就是我们通常 所说的物联网。这些都还需要我们长时间的努力。

跨层设计技术是什么?跨层设计有什么优势?哪些应用可以利用到?

跨层设计技术:

所谓跨层, 是指原来不相邻的各层之间也可以通信, 或者让相邻的层之间通过之前没有的接口进行通信。跨层设计目标是,用自适应支持所有层的Q o S,自适应意味网络协议和应用都有观测网络变化并做出响应的能力。 如链路层可以调整速率, 以满足当前信道和网络状况下的应用需要。

跨层设计技术, 分层协议栈结构是网络设计中最基础最有影响力的结构, 协议栈中各层 隐藏该层及其以下层次的复杂性,为上层提供服务,分层结构逻辑清晰,扩展性强,鲁棒性高, 便于实现。 然而, 在严格分层协议栈网络中。 整个网络系统被分割成若干个独立的层(模块1,相邻层与层之间的交互严格地通过层间的静态接口来实现,非相邻层之间不允许直接 交互, 因此, 层与层之间的信息难以共享。 增加了信息的冗余以及对等层间的通信开销网络优化过程中各层只利用本层次的状态信息反复进行控制调整。忽视了层与层之间的协调合作。这对网络全局优化产生了不利的影响。

跨层设计有什么优势:

跨层设计在优化协议栈某一层功能的同时优化了整个网络的性能。提高了局部和全局的自适应能力。减少了网络中的冗余信息量. 每层之间的信息都能被其他层所共享。 提高网络各层对其他层内容的感知度,从而使得各层协议能够在全局范围进行调整,满足网络应用 QoS 的约束和底层网络环境。

哪些应用可以利用:

1、无线通信网络的跨层设计(移动通信, 2G/3G/4G :

无线通信不同于有线通信, 无线信号传输介质是不可靠的, 容易受到噪声、 多径衰落以及阴影效应等不可预知的影响。并且移动性也会给信道预测和信道估计带来相当大的难度, 从而增加了信道的误码率。 但是人们为了保证可用性, 往往只按照信道性能最低的要求进行保守设计, 而不是通过自适应的调整以适应通信信道的变化, 于是导致协议栈无法针对有限 的功率资源和频谱资源进行有效合理的利用。 随着移动通信技术的迅猛发展与快速应用, 移动通信网络与互联网络互联互通已经是必然的需求。 在开放系统互联分层模型的影响下, 七层模型结构己成为移动通信系统设计的参考标准。但是移动通信环境具有快速变化的特性, 而基于分层结构的协议栈只能以固定的方式在相邻的协议层之间进行信息通信。由于OSI开放系统参考模型的弊端、高误码率、带宽波动与限制等缺点, 通过引入跨层设计的概念与分层的思想,来设计各协议层上跨层设计方案。

2、短波广域网中扩展ARP的跨层混合式路由协议。

短波通信因其建设和维护的费用低,设备使用简单,在无线通信领域中占有重要地位, 各国也加大对短波网络技术的研究。 一些短波网络经过试验改进, 构成了更大范围的短波广域网(HFWAN。路由协议是短波广域网的关键技术。由于短波的天波信道是时变信道,传输可靠性差, 节点可能在短时间内无法与其它节点通信, 造成节点加入/退出网络:为了降 低暴露和被摧毁的可能性, 节点需要移动, 而节点的移动可能导致网络拓扑结构的频繁变化。使得人工源路由、 静态路由等不能满足短波广域网对路由业务的需求。 而自组网路由协议设计可为短波广域网路由协议提供参考。故对短波广域网中扩展ARP的跨层混合式路由协议进行研究。