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ARPANET

阿帕网(英语:The Advanced Research Projects Agency Network),为美国国防部高级研究计划署开发的世界上第一个运营的封包交换网络,它是全球互联网的始祖。

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诞生编辑本段回目录

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

1962年,杰·西·亚·利克里德(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,并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。

1964年伊凡·沙日尔兰德(Ivan Sutherland)继任担任该处处长,2两年后的鲍勃·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。随着计划的不断改进和完善,罗伯茨在描图纸上陆续绘制了数以百计的网络连接设计图,使之结构日益成熟。

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”。

1969年底,阿帕网正式投入运行。

互联网简史:ARPANET雏形初具(1970)编辑本段回目录

    70年代初的美国深陷在越南战场的泥潭中,不能自拔,而国内的反战呼声一浪高过一浪。美国到了二战后第一个内外交困的年代。虽然这样,但是国内的各种科学技术还是在飞速地发展。

    ARPANET在不断地壮大。1970年的ARPANET已初具雏形,并且开始向非军用部门开放,许多大学和商业部门开始接入。但是它只有四台主机联网运行,甚至连局域网(LAN)的技术也还没有出现。也许,当时的那种联网在今天看来实在是太初级了。当时用作接口机的Honeywell DDP516型小型机的内存只有12K。

Here is the BBM team, known as the "IMP guys",  who deployed ARPANET in 1969

    ARPANET在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台大型计算机采用分组交换技术,通过专门的接口信号处理机(IMP)和专门的通信线路相互连接。为了把这四个不同型号、使用不同操作系统、不同数据格式、不同终端的计算机连在一起实现相互通信和资源共享,有许许多多的人为此煞费苦心、艰辛探索,付出了无数的心血。其中包括有“阿帕网”之父的拉里?罗伯茨。

    伴随着ARPANET的成长,第一份有关最初的ARPANET主机-主机间通信协议的出版物,由C.S. Carr、S. Crocker和V.G. Cerf撰写的 “HOST - HOST Communication Protocol in the ARPA Network”,发表在了AFIPS的SJCC会议论文集上。这份出版物在当时成了不少工程师的“掌中宝”。当然,政府的支持是早期ARPANET能够顺利发展的主要动力,以“保持美国在技术上的领先地位,防止潜在对手不可预见的技术进步”为首要职责的DARPA(国防高级研究计划署)主动把1969年的合同截止日期延续到了1970年12月31日。当初合同的总金额是50万美元,而实际执行的时候大约增加了一倍,在1970年与BBN公司新签定的合同中,金额则达到了200万美元。从此以后,ARPANET的规模开始不断扩大。   

    AT&T公司在UCLA和BBN公司之间建成了第一个跨国家连接的56Kbps的通信线路。这条线路后来被BBN公司和RAND公司的另一条线路所取代。第二条线路则连接MIT公司和犹他州大学。1970年12月,S.Crocker在加州大学洛杉机分校领导的网络工作小组(NWG)制定出“网络控制协议”(NCP)。他也正是一年多前写出第一个具有历史意义的“征求意见与建议(RFC)的人。最初,这个协议还是作为信包交换程序的一部分来设计的,可是他们很快就意识到关系重大,不如把这个协议独立出来为好。   

    也在那个时候,天才的Kahn也为临时需要而开发过局部使用的“网络控制协议”。由于这个协议是局部使用,就不必考虑不同电脑之间、不同操作系统之间的兼容性问题,因此也就简单的多。 虽然“网络控制协议”是一台主机直接对另一台主机的通信协议,实质上它是一个设备驱动程序。一开始的时候,那些“接口信号处理机”被用在同样的网络条件下,相互之间的连接也就相对稳定,因此没有必要涉及控制传输错误的问题。

    可是要把各种不同类型、不同型号的电脑和网络连在一起有多么困难。于是很多人都在研究怎样建立一个共同的标准,让在不同的网络后面的计算机可以自由地沟通。    

    1970年备忘录   

    ★Digital推出PDP-11/20系列16位小型机。   

    ★IBM的Edgar Codd发表论述关系型数据库的论文。   

    ★Gene Amdahl组建Amdahl公司。  

    ★通用电气公司为NASA开发出第一种飞行模拟程序。  

    ★Telemart Enterprises公司在美国圣地亚哥市的计算机化食品杂货店开张。购物者利用电话连接到计算机来订购食品;商店后来不得不关门,因超量的电话使计算机过载。

    ★Honeywell公司收购通用电气公司的计算机部。

退出历史舞台编辑本段回目录

ARPA网无法做到和个别计算机网络交流,这引发了研究者的思考。根据诺顿的看法,他的设计需要太多的控制和太多的网络中机器设备的标准化。因此,1973年春,文顿·瑟夫和鲍勃·康(Bob Kahn)开始思考如何将ARPA网和另外两个已有的网络相连接,尤其是连接卫星网络(SAT NET)和基于夏威夷的分组无线业务的ALOHA网(ALOHA NET)瑟夫设想了新的计算机交流协议,最后被称为传送控制协议/互联网协议(TCP/IP)。 1975年,ARPA网被转交到美国国防部通信处(Defense Department Communicationg Agence)。此后ARPA网不再是实验性和独一无二的了。大量新的网络在1970年代开始出现,包括计算机科学研究网络(CSNET,Computer Science Research Network),加拿大网络(CDnet,Canadian Network),因时网(BITNET,Because It's Time Network)和美国国家自然科学基金网络(NSFnet,National Science Foundation Network)。最后一个网络最终将在它自身被商业网络取代前代替ARPA网作为互联网的高速链路。

1982年中期ARPA网被停用,原先的交流协议NCP被禁用,只允许使用Cern的TCP/IP语言的网站交流。1983年1月1日,NCP成为历史,TCP/IP开始成为通用协议。

1983年ARPA网被分成两部分,用于军事和国防部门的军事网(MILNET)和用于民间的ARPA网版本。

1985年成为TCP/IP协议突破的一年,当时它成为UNIX操作系统的组成部分。最终将它放进了Sun公司的微系统工作站。

当免费的在线服务和商业的在线服务兴起后,例如Prodigy、FidoNet、Usenet、Gopher等,当NSFNET成为互联网中枢后,ARPA网的重要性被大大减弱了。系统在1989年被关闭,1990年正式退役。

Robert E. Kahn—Arpanet网络系统设计者编辑本段回目录

  TCP/IP协议合作发明者、互联网雏形Arpanet网络系统设计者、“信息高速公路”概念创立人
  Robert E. Kahn出生于1938年12月23日。

  Kahn于1960年从City College of New York获得其学士学位,1962年和1964年分别从普林斯顿大学获得其硕士和博士学位。

  在贝尔实验室工作一段时间后,Kahn成为MIT电子工程系的一个助理教授(Assistant Professor)。然后,Kahn请假离开MIT加入了BBN(www.bbn.com )并且负责ARPANET的研发工作。ARPANET是的一个packet-switched网络。

  1972年,Kahn加入了DARPA(www.darpa.mil ),并且成为IPTO的部门主管。

  在ARPANET早期阶段,ARPANET的通讯协议是NCP。Kahn与Cerf一起合作提出了TCP/IP协议。TCP/IP协议已经成为现代Internet的通讯基础。

  1986年,Kahn离开DARPA并且创办了非营利的公司CNRI(Corporation for National Research Initiatives)。目前,Kahn是CNRI的董事长和CEO。

  2004年和Cerf一起被授予图灵奖以表彰其在互联网领域先驱性的贡献,其中包括Internet基础通讯协议的设计与实现,TCP/IP协议,和网络领域的权威性的领导地位。

  下图分别是Internet的第一批4个节点(SRI,UCLA,UCSB, UTAH),Internet历史上的第一个连接通讯:SRI和UCLA,1969年10月29日,以及Internet1971年的节点分布图。

结构编辑本段回目录

阿帕网连接方式最初的“阿帕网”,由西海岸的4个节点构成。第一个节点选在加州大学洛杉矶分校(UCLA),因为罗伯茨过去的麻省理工学院同事L.克莱因罗克教授,正在该校主持网络研究。第二个节点选在斯坦福研究院(SRI),那里有道格拉斯·恩格巴特(D.Engelbart)等一批网络的先驱人物。此外,加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)和犹他大学(UTAH)分别被选为三、四节点。这两所大学都有电脑绘图研究方面的专家,而泰勒之前的信息处理技术处处长伊凡·泽兰教授,此时也任教于犹他大学。

评价和影响编辑本段回目录

以现在的水平论,这个最早的网络显得非常原始,传输速度也慢的让人难以接受。但是,阿帕网的四个节点及其链接,已经具备网络的基本形态和功能。所以阿帕网的诞生通常被认为是网络传播的“创世纪”。

不过,阿帕网问世之际,大部分电脑还互不兼容。于是,如何使硬件和软件都不同的电脑实现真正的互联,就是人们力图解决的难题。这个过程中,文顿·瑟夫为此做出首屈一指的贡献,从而被称为“互联网之父”。

ARPANET详解编辑本段回目录

  ARPANET是互联网(Internet)的始祖。
  从某种意义上,Internet可以说是美苏冷战的产物。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刺激和公众恐惧心理的影响,"实验室冷战"也开始了。人们认为,能否保持科学技术上的领先地位,将决定战争的胜负。而科学技术的进步依赖于电脑领域的发展。到了60年代末,每一个主要的联邦基金研究中心,包括纯商业性组织、大学,都有了由美国新兴电脑工业提供的最新技术装备的电脑设备。电脑中心互联以共享数据的思想得到了迅速发展。


  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。
  1969年11月,美国国防部高级研究计划管理局( ARPA - - Advanced Research Projects Agency )开始建立一个命名为ARPAnet的网络,但是只有4个结点,分布在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。选择这四个结点的一个因素是考虑到不同类型主机联网的兼容性。对arparnet发展具有重要意义的是它利用了无限分组交换网与卫星通信网。通过专门的接口信号处理机(IMP)和专门的通信线路,相互连接把美国的几个军事及研究用电脑主机联接起来。起初是为了便于这些学校之间互相共享资源而开发的。ARPANET采用了包交换机制。当初,ARPAnet只联结4台主机,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。 最初,ARPAnet主要是用于军事研究目的,它主要是基于这样的指导思想:网络必须经受得住故障的考验而维持正常的工作,一旦发生战争,当网络的某一部分因遭受攻击而失去工作能力时,网络的其他部分应能维持正常的通信工作。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。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,较好地解决了异种机网络互联的一系列理论和技术问题。


  到了1975年,arpanet已经连入了100多台主机,并结束了网络试验阶段,移交美国国防部国防通信局正式运行。在总结第一阶段建网实践经验的基础上,研究人员开始了第二代网络协议的设计工作。这个阶段的重点是网络互联问题,网络互连技术研究的深入导致了TCP/IP协议的出现与发展。到1979年,越来越多的研究人员投入到了tcp/Ip协议的研究与开发之中。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的转换全部结束。同时,美国国防部国防通信局将arpanet分为两个独立的部分,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。
  70年代协议成功的扩大了数据包的体积,进而组成了互联网。
  1983年,ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的TCP/IP协议,美国加利福尼亚伯克莱分校把该协议作为其BSD UNIX的一部分,使得该协议得以在社会上流行起来,从而诞生了真正的Internet。 该年,ARPAnet分裂为两部分, ARPAnet和纯军事用的MILNET。同时,局域网和广域网的产生和逢勃发展对Internet的进一步发展起了重要的作用。其中最引人注目的是美国国家科学基金会ASF(National Science Foundation)建立的NSFnet。NSF在全美国建立了按地区划分的计算机广域网并将这些地区网络和超级计算机中心互联起来。NFSnet于1990年6月彻底取代了ARPAnet而成为Internet的主干网。
  1986年,美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation,NSF)利用ARPAnet发展出来的IP的通讯,在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet广域网。由于美国国家科学基金会的鼓励和资助,很多大学、政府资助的研究机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFnet中。那时,ARPAnet的军用部分已脱离母网,建立自己的网络--Milnet。ARPAnet--网络之父,逐步被NSFnet所替代。到1990年,ARPAnet已退出了历史舞台。如今,NSFnet已成为Internet的重要骨干网之一 。
  ARPA1971年更名为DARPA,因此有时用DARPANET来表示ARPANET,这两个词表示同一个意思。

ARPAnet网络与NSFnet网络编辑本段回目录

  从20世纪90年代开始,因特网实现了全球范围的电子邮件、WWW、文件传输、图像通信等数据服务的普及,但电话和电视仍各自使用独立的网络系统进行信息传输。人们希望利用同一网络来传输语言、数据和视频图像,因此提出了宽带综合业务数字网(B-ISDN)的概念。这里宽带的意思是指网络具有极高的数据传输速率,可以承载大数据量的传输;综合是指信息媒体,包括语音、数据和图像可以在网络中综合采集、存储、处理和传输,由此可见,第四代计算机网络的特点是综合化和高速化。支持第四代计算机网络的技术有:异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)、光纤传输介质、分布式网络、智能网络、高速网络、互联网技术等。人们对这些新的技术注以极大的热情和关注,正在不断深入地研究和应用。

  因特网技术的飞速发展以及在企业、学校、政府、科研部门和千家万户的广泛应用,使人们对计算机网络提出了越来越高的要求。未来的计算机网络应能提供目前电话网、电视网和计算机网络的综合服务;能支持多媒体信息通信,以提供多种形式的视频服务;具有高度安全的管理机制,以保证信息安全传输;具有开放统一的应用环境,智能的系统自适应性和高可靠性,网络的使用、管理和维护将更加方便。总之,计算机网络将进一步朝着"开放、综合、智能"方向发展,必将对未来世界的经济、军事、科技、教育与文化的发展产生重大的影响。

  Internet起源于美国国防部高级研究计划局(ARPA)资助研究的ARPANET网络。1969年11月,ARPANET通过租用电话线路将分布在美国不同地区的4所大学的主机连成一个网络。通过这个网络,进行了分组交换设备、网络通信协议、网络通信与系统操作

  软件等方面的研究。自从1983年1月TCP/IP协议成为正式的ARPANET的网络协议标准后,大量的网络、主机和用户都连入了ARPANET,使得ARPANET迅速发展。

  20世纪70年代后期,美国国家科学基金会(nsf,national science foundation)认识到了arpanet对大学研究工作的重大影响。利用arpanet,各国的科学家可以不受地理位置限制共享数据,合作完成研究项目。

  到1984年,美国国家科学基金会(NSF)决定组建NSFNET。通过56kb/s的通信线路将美国6个超级计算机中心连接起来,实现资源共享。NSFNet:1986年建立,实现了广域网域与计算机中心以及计算机中心与计算机中心之间的互联。NSFNET采取的是一种具有三级层次结构的广域网络,整个网络系统由主干网,地区网和校园网组成。各大学的主机可连接到本校的校园网,校园网可就近连接到地区网,每个地区网又连接到主干网,主干网再通过高速通信线路与ARPANET连接。这样一来,学校中的任一主机可以通过NSFNET来访问任何一个超级计算机中心,实现用户之间的信息交换。后来,NSFNET所覆盖的范围逐渐扩大到全美饿大学和科研机构,NSFNETHE和ARPANET就是美国乃至世界Internet的基础。

  当美国在发展NSFNET的时候,其他一些国家、打趣和科研机构也在建设自己的广域网络,这些网络都是和NSFNET兼容的,它们最终构成Internet在各地的基础。20世纪90年代以来,这些网络逐渐连接到Internet上,从而构成了今天的世界范围内互连网络。

  在我国,1994年中国科学技术网CSTNET首次实现和Internet直接连接,同时建立了我国最高域名.服务器,标志着我国正式接入Internet。接着,相继又建立了中国教育科研网(Cerent)计算机互联网(ChinaNet)和中国金桥网(Genet),从此中国用户日益熟悉并使用Internet。

阿帕(ARPA)网的产生编辑本段回目录

       互联网发展到今天,已成为现代生活不可分割的一部分。为了加深读者对互联网的认识,本报特约互联网撰稿人万赟先生,在认真考究的基础上,为本报撰写了一批介绍互联网的发展历史及对互联网的发展产生重要影响的历史人物的文章,以飨读者。

    有一个流传甚广的说法是,互联网的前身——阿帕网是美国国防部为抵御前苏联的核打击而建造的通讯网络。事实并非如此。

    从时间上看,阿帕网的产生正好是美苏冷战的关键时期。1957年前苏联第一颗人造卫星(Sputnik)发射成功后,美国政府为了迎头赶上,立即作出两个回应,即创建美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)和国防部高级研究规划署(Advanced Research Projects Agency,ARPA)。前者是为了发展航空技术与前苏联直接竞争,后者是为了研究万一遭受苏联核打击的应急技术准备。而阿帕网就是国防部高级研究规划署支持的一个项目。

    当然,阿帕网的产生并非一蹴而就。在这一过程中,有三个对阿帕网的产生有铺垫性贡献的重要人物值得一提。他们一个是颇有建树的心理学教授,一个是推销员出身的国防部长,还有一个是军人出身的美国总统。可以说没有他们就没有高级研究规划署,当然在某种意义上讲也就没有阿帕网。他们对阿帕网的影响也让我们看到了美国科技政策的实施过程和政府对科技开发的前瞻性思路。

    这位军人出身的美国总统,就是二战期间指挥诺曼底登陆,后来成为美国第34任总统的艾森豪维尔。他非常重视科学家的建议,并且如果有可能,他也总是让他的科学顾问给他提供决策意见。由于艾氏对军方的不信任,所以当他考虑挑选国防部长时,他提拔了一个跟军方毫不相干的商界人才来坐这个位置,这就是前面所提到的推销员出身的国防部长、宝洁公司当时的总裁内尔·麦克罗伊。

    麦克罗伊在宝洁工作的最大收获,是他发现宝洁的研发部门对其研究人员的研究兴趣从不干涉,他们可以随心所欲地研究他们感兴趣的东西。而这种不干涉政策却大大提高了整体研究效率和创新水平,从而使宝洁公司在产品研发方面相对于其它公司一直处于遥遥领先的地位。麦克罗伊就任后通过调查发现军方在研发方面各自为政的情况很严重,许多项目在不同的军种单位被重复立项,导致研究经费浪费严重,而有价值的跨军种的研究项目没有得到很好的重视,于是他给国会打了一个报告,要求划拨经费建立一个由国防部直接领导的研发组织,负责前瞻性的科研项目的开发,从而与前苏联抗衡,这就是国防部高级研究规划署。该署于1958年正式成立,这时距离前苏联的第一颗人造卫星发射成功仅一年。美国政府科技政策的调整能力和国会对他国科技挑战的迅速反应能力及计划实施效率由此可见一斑。

    麦克罗伊把宝洁公司的传统也移植到规划署里来,科研人员基本上可以随心所欲地研究他们认为有价值的项目。同时规划署频频与各大科研院校展开合作,资助的项目五花八门。这就为以后麻省理工学院那位心理学教授的计算机人机共生研究事业,以及阿帕网的立项创造了一个宽松有利的萌发环境。

    约瑟夫·立克里德在被规划署聘任为信息处理技术办公室主任之前,是麻省理工学院林肯实验室的主任,也是该实验室的创办人。他是个颇富传奇色彩的人物。他从心理学背景出发,很快发现并定位了计算机的发展方向应该是最大限度地对人类行为提供决策支持。计算机发展的最终目标是完全取代人在各个层面的重复性工作,从而把人类彻底解放出来,仅仅作决策。要达到他构想的这个最终目标,一个大前提,就是要消除当时的“巴别塔”现象,即每个型号的计算机都各有一套自己独特的控制语言以及计算机文件的组织方式,而这些结构的差异使任何两台不同型号的机器之间无法展开合作。

    立克里德组织了一个由当时计算机专家组成的,称为“星际网络”的专业人士社团。通过这个社团网络,先进的计算机思想得以传播、批判和实践。立克里德最具划时代意义的构想,就是通过这个星际网络社团传播出去的。他提出:“或许只有在很少的场合(我们才需要)让所有的或绝大部分计算机能够在一个集成网络里相互合作,但即便如此,在我看来,开发集成网络操作功能也是很重要的。”

    这就是阿帕网的产生以及后来的互联网雏形的最初设想。在立克里德卸任之后,他的接班人——罗伯特·泰勒同其他互联网的众多先驱一起具体实施了阿帕网。

    分组交换的思想

    众所周知,互联网上数据的基本传输方式是分组交换(Packet Switching)。简单地说,分组交换就是计算机将要传输的数据分割成一个个标准大小的数据包,然后给每个数据包加上发送地址等传送信息发送出去。在传输过程中,这些数据包被装载到帧(Frame)上,然后从一个路由器被传送到另一个,直至到达目的地为止。

    很多关于互联网的书和文章充分肯定了分组交换思想的重要性和独创性。因为在此之前,信息的电子传输主要是以脉冲信号为主。阿帕网(ARPA)的设计需要第一次使大规模的实验分组交换分布式网络成为可能。事实上,最初阿帕网能够吸引众多科学家和企业界重视,很重要的原因就是想看一看这种想法是否具有可操作性。后来的事实证明了分组交换分布式网络完全可以高效率地传输信息。

    学术界公认分组交换技术是英国人多纳德·戴维斯和美国人保罗·巴兰在20世纪60年代早期分别独立发明的。值得一提的是,他们两个人都不是通讯领域的专家。戴维斯发明分组交换技术的动机是希望增加人机互动性。他在研究分时系统过程中发现信道资源有很大的浪费,他想应该有一个办法可以将整个信道充分利用起来。于是他尝试将用户的传输信息分割成标准大小的信息片,然后通过网络共同传输,每个用户不再单独占用信道。他给这种传输方式命名为“分组交换”。巴兰则从另一个角度出发,他当时主要是研究如果前苏联对美国进行核打击,美国的通讯系统如何自存活。最初,他认为冗余性网络是自存活通讯的最关键技术。换句话说,如何使一个节点与多个节点连接,从而使任何两点之间的通讯可以有多种路径,是通讯网络是否能够自存活的关键。可是,当他在整理自己的这一思想并撰写著作的过程中发现,其实最关键的技术还不是冗余性网络,而是将信息分割开来发散到网络中。这样,即便部分信息被拦截,其他信息还有可能一次到达,而被拦截的信息可以重发,这样整体效率就能得到提高,同时信息的保密性也得到加强。他称这一技术所支持的网络为“分布式自适应消息块网络”。显然这个名字没有“分组交换”来得简洁,有点儿拗口,所以最终被以“分组交换”的名字使用开来了。现在看来,最终的“分组交换”的思想对互联网的成熟发展具有很重要的历史性意义,但它是不是具有独创性的呢?

    分组交换的思想从通讯领域来看,当然具有独创性,因为它标志着一种彻底不同的通信方式。但如果从整个人类社会自产业革命以来的技术革新看,它并不独特,因为它和网络分层技术一样,都是现代工业发展在通讯领域对标准化和高效率分工的必然要求。有趣的是,分组交换的思想在刚刚被提出时遭到当时通信领域很多权威专家的质疑,很多人认为这根本不可能被实现。正像当年福特的大规模生产模式最早在美国推出时,也遭到了当时在欧洲的汽车制造业的权威人士的质疑一样。福特在筹建他的第一个汽车组装工厂时,主流的汽车生产模式依然是欧洲的手工作坊。这种生产方式不可能满足大众需求。福特开创性地发明了流水线生产方式。他把整个汽车的零件标准化,并将尽量多的标准化部件集成为一体,这样一来,整个车的复杂性降低,质量的可控程度提高,更重要的是,标准化的零部件使流水线组装成为可能。仔细对比一下,我们就会发现,福特车生产方式的标准化与分组交换中信息(数据包)传递方式的标准化有着共同的思路,就是通过流程标准化的方式来提高生产或传输效率。

    “期货交易”这一发明可以看做是经济领域里的分组交换,因为它将原来需要买家和卖家一对一进行交易的农产品的质量和数量都标准化,并且设立了一个中介组织(交易所)来统一安排交易。这样,使对货物有不同数量和质量需求的买卖双方不必非要等到找到合适的另一方时才能进行交易。相同质量的产品可以统筹交易,在一起统一运输,因而可以充分利用运输空间,如此种种优势,使大规模交易成为可能。

    除了以上讲的类似性以外,分组交换、汽车的大规模生产和期货交易还有一个共同特点,就是与传统解决方案相比它们更能够满足大量用户的需求,并且,只有在这个前提下,它们所带来的收益才可以超过操作成本。所以从这个角度讲,这些创新其实都是市场在不断扩张过程中,要求对其运作信息载体进行技术更新的历史必然趋势。

互联网与世界上第一个计算机网络ARPANET 编辑本段回目录

今天,以因特网为核心的信息高速公路正以雷霆万钧之势向地球上的每一个角落迅速延伸,抚今追昔。回顾世界上第一个计算机网络ARPANET,又会让我们生出几多感慨、几多启示?

  一、谬言网络

  计算机网络的历史可以一直追溯到三十年前的美国。1968年仲夏,在马萨诸塞州坎布里奇市一家名为BBN的小公司,老板交给计算机专家西弗罗·奥恩斯坦因美国国防部高级研究规划局(简称ARPA)送来的一份招标书,招标项目是要建立一个将不同地点的计算机联机并交换数据和文件的网络系统。在当时,这样的网络系统从无先例,所以奥恩斯坦因的老板想知道自己的公司能否承接这个项目。

  奥恩斯坦因将文件带回家中通宵研究,一两天后,他胸有成竹地把文件又放回到老板的桌上。“如果你有意投标,我想我们能够承接”他说:“但我看不出要这东西有什么用。”

  在现代史上,恐怕再没有比这更为荒谬的技术预言了,后来奥恩斯坦因本人也为此自嘲不已。当时尽管他持有保留意见,BBN公司还是参加投标,并且获得了建立高级研究规划局网络的合同——这是一个简陋的用四台计算机进行的试验,当时谁也没有想到它会演变为今天遍布世界、用途广泛的因特网。

  也许没有高级研究规划局的资金,因特网也会一样问世,因为这样一个网络系统的用途太显而易见了。无数科学家,当时正在开发类似技术。参与ARPANET开发的一些研究人员认为,历史终将证明,他们的努力与发展原子弹的曼哈顿计划一样举足轻重。

  二、失之交臂

  实际上,为计算机网络提供第一笔种子资金的,不是高级研究规划局,而是美国空军。

  那还是60年代,在加利福尼亚州的兰德公司,研究员保罗·巴伦使用美国空军提供的综合研究资金,研究了使战略军事通信系统更加稳固的方法。

  巴伦特别关心,在全面战争爆发时,如何保证全国指挥机关能够下令进行报复性核打击。当时,美苏两个超级大国的核武库都似乎很容易被对方的首次核打击彻底摧毁。结果形成了一种千钧系于一发的极不稳定的平衡。

  巴伦认为,如果双方领袖人物确信自己在任何情况下都能发动反击,他们贸然投入核大战的可能性会小一些。他提出的解决方法是建立一种极其稳固的发散式网络通信系统。这种如同蜘蛛网似的设计将保证信息顺畅传递,即使部分通信线路受损也无关紧要。

  于是,巴伦写出洋洋十一卷的报告,解释了他设想的通信系统的技术细节。随后,兰德公司正式建议美国空军建立巴伦式通信系统。

  问题在于,当时负责美军各军种远距离通信的机构是新成立的国防通信局。巴伦和一些高层国防部官员认为,国防通信局不具备完成这个项目的技术实力,所以项目暂时被取消,留待一个实力雄厚的机构接手。

  美国空军或许失去了创造计算机历史的大好机会,但巴伦认为当初决定正确。他说:“如果项目草率上马,最后搞砸了,那将很难再重新开始。”

  二、网络问世

  1966年,国防部高级研究规划局对巴伦式通信系统产生浓厚兴趣,决定建立一个联接各研究中心的试验性计算机网络ARPANET。那时的当务之急是寻找一名堪当大任的项目主管。为此,高级研究规划局四处寻访,终于找到了兰利·罗伯兹。罗伯兹是马萨诸塞技术研究所林肯实验室的一位治学严谨的科学家,有着丰富的计算机工作经验,因为正是罗伯兹有力的领导和管理才使项目大功告成。

  1969年1月,BBN公司赢得合同兴建ARPANET的合同,这成为未来因特网的第一块奠基石。BBN公司开业时只是个音响效果设计公司。它兴建ARPANET的成功实在出人意料。当年9月,BBN公司在加利福尼亚大学洛杉矶分校一个受高级研究规划局资助的研究中心安装了首台接口信息处理机。到年底,另外三个该局的研究中心也安装了接口信息处理机:斯坦福研究所、加州大学圣巴巴拉分校和犹他大学。1969年11月21日,洛杉矶分校的计算机与斯坦福研究所的计算机联网成功,ARPANET终于问世,尽管一开始这与一个局域网相差无几,而且在场的网络先驱们谁也没有意识到这一成功的历史意义。

  三、成功历程

  ARPANET成功并非一日之功。对一些学究气十足的人来说,分享计算机资源的想法毫无吸引力。BBN公司的一位专家回忆:“对某一网址上的大多数人来说,计算机网络要么无关紧要,要么甚至与他们的自身利益和愿望相对立。”

  在ARPANET早期,最经常的使用者是因调动工作而搬往另一研究中心的科学家,他们上网主要目的是为了使用原单位的特定软件。到1971年,ARPANET由十五个节点组成。科学家们开始使用系统进入数据库和彼此交流信息,而不是进入别人的计算机程序。

  甚至电子邮件也不是网络最初设计时提供的一项服务。这是网络使用中的创造,是一个附加功能,直到1970年左右才开始出现。一旦研究人员意识到使用网络通信、共享信息资源的力量,协作性软件的使用很快被人遗忘。

  1972年,ARPANET初次亮相,向国际计算机通信大会作了精彩演示。为此,ARPANET名声大噪,平均每二十天便有一台新的计算机上网。

  四、功不可没

  在网络开通初期,军方的影响微乎其微。70年代初,军方逐渐介入ARPANET。到1975年,与军方有关的网上通信数量变得十分庞大,高级研究规划局也开始试验ARPANET基本的信息包转接技术在军事上的新用途。这些试验对互联网络概念的形成有直接影响--互联网络将是一个巨大的由区域网络相互联接而成的开放性体系,而不是一个单独封闭的系统。

  信息包无线电就是其中一个试验,这是高级研究规划局官员罗伯特·坎恩提出来的。如果试验成功,这技术将在各军种内得到广泛应用。特别是在陆军,使用这个技术,坦克、军辆内的移动计算机将能轻而易举地把所有步兵师联接在一起。

  70年代中期,信息包无线电系统的原型在军事演习中大获成功:将该技术应用于在跑道上待命的空运部队,当空运能力突然发生变化时,部队可以通过一台中心计算机,自动修改登机计划。如今,这已经成了计算机网络的最基本的功能,但在当时却是革命性的突破。

  尽管信息包无线电和信息包卫星系统从未投入实用,有关试验却促使坎恩产生新的想法:如果将包括ARPANET在内的各个信息包网络联接在一起会怎么样? 坎恩发现,这将产生一种强大的信息工具。

  五、光荣引退

  要把这种设想变为现实,需要一个灵活的翻译者,将彼此分离使用不同语言的网络联在一起。这就是被称作“计算机协议”的软件。

  计算机协议将协调许多不同计算机之间的信息传递,它得发现中继错误,整理网址,完成所有的电子“邮递”任务。坎恩与同事温顿·瑟夫制定出一个“传递控制协议”,1974年,发表在一个技术期刊上,向全世界推出了网络相互联接、实现网络化的概念。

  到80年代初,ARPANET迅速扩大,所有上网计算机必须能够使用互联协议,这为今天的互联网络打下了基础。1984年国防部将ARPANET一分为二:网络中的军用部分被分离出来建立了新的MILNET(军事网),网络的剩余部分继续为其他使用者服务。

  不久,ARPANET的民用部分遇到了强有力的竞争。1984年,美国国家科学基金会建立了NSFNET(国家科学基金会网络),作为超级计算机研究中心之间的高速计算机网络“骨干”。NSFNET很快扩展升级,到80年代末,NSFNET的用户数量大大超过ARPANET,ARPANET逐渐过时。1990年6月1日,它终于被正式“拆除”,结束了二十一年的光荣历史。

  1991年,国家科学基金会决定允许网络用干商业用途,这大大增加了网络的潜在用户。1992年日内瓦核研究中心的物理学家蒂姆·伯纳斯·李开发出一种编组和联接INTERNET(因特网)信息的方法,为随后很快被称作万维网(简称www)的信息查询工具打下了基础。

  无论怎样ARPANET在技术和社会进步方面都留下了宝贵遗产。第一个网上团体“交谈小组”,就是在ARPANET上由一帮科幻小说迷所发起的。与此同时。开发ARPANET也为美国培养了一批世界上最优秀的计算机精英。

  瑟夫指出:“毫无疑问,是高级研究规划局在ARPANET上的投资使信息包转接技术成为现实……导致了以后各种新的计算机通信技术的大爆炸”。

从ARPANET到因特网的故事编辑本段回目录

   到了1980年,ARPANET已经互联了100多个结点,以太网技术也得到了广泛使用。ARPANET这样的广域网可以把不同城市的计算机互联起来,而像以太网这样的局域网可以把一个办公室或者一栋楼里的计算机互联起来。但奇怪的是,处于中间层次的网络却没有。比如,一个大学可能有好多楼房,分布在方圆几公里的地方,这就需要一个校园网。一个企业可能有好几个办公室和工厂,分布在一个城市的不同地方,这就需要一个城域网。这些网络如果采用ARPANET技术可能太浪费,采用以太网技术距离又太远。

   斯坦福大学就面临这个问题。当时,斯坦福大学已经有了5000多台电脑,分布在15平方英里的校园内的各个大楼里。这些电脑在大楼内部已经用局域网联起来了,但是大楼之间的电脑却无法通信,形成了很多局域网的孤岛。

   对斯坦福大学计算机系的电脑设备主管伦·波沙克(Len Bosack)来说,这是一个头痛的问题。学生们一直在向他抱怨,他们需要在多个地方工作,这些电脑互相不通对同学们很不方便。

   斯坦福大学已经意识到了这个问题,并已经开始构建一个“斯坦福大学网”。但这个项目尽管花了很多钱,还没有什么实际效果。

   波沙克等不及了,决定自己干。他联合了他的妻子桑蒂·勒纳尔(Sandy Lerner),她是商学院的电脑设备主管,以及另外两个部门的电脑设备主管,开始偷偷地构造校园网。好在他们用不着做很多研究开发,技术都是现成的。唯一特殊的是一些接口电路,让这些众多种类的局域网能够联接起来互相通信。而这些接口电路,斯坦福的老师和学生也很快发明了。波沙克他们要做的事是要把这些零散的技术集成起来,实际地应用到斯坦福大学的校园网中。当时,世界上还没有这样的产品可买,也没有其它兄弟院校的成功经验可以参考。


伦·波沙克(Len Bosack)和他的妻子桑蒂·勒纳尔(Sandy Lerner)

   由于是偷偷干的,他们既没有经费也没有人员。除了学生和志愿者帮忙,有很多事情都是波沙克和勒纳尔亲自干的,包括利用废弃了的下水道拉通信线路。

   三年以后,这个偷偷干的“重复建设”成功了!斯坦福的师生们纷纷转来使用这个“地下网络”,于是校方把它正式命名为“斯坦福大学网”。不久,这个网络迅速增长到互联100多个局域网,几千台电脑。

   其他大学听到这个消息后纷纷向波沙克联系,要求购买这个校园网技术。波沙克向校方申请,许可他们为其他院校生产校园网,但斯坦福大学一反通常的开明,拒绝了他们的请求。同时,斯坦福大学本身也不愿意成立一个实体来做这件事,因为大学不是做生意的地方。

   波沙克和勒纳尔在无奈之中,决心不让自己多年的创造就这样无声无息地消失。于是他们在1984年注册了一家公司,自己干。他们没有钱租办公室,就把公司办到自己三居室的家里。一间卧室用作实验室,另一间卧室是办公室,起居室则是生产测试车间。

   大概由于公司是在旧金山(又名圣弗兰西斯科 San Francisco)注的册,桑蒂·勒纳尔把公司命名为Cisco,就是今天在中国叫作“思科”的著名网络公司。公司的商标也是勒纳尔自己设计的,是旧金山金门大桥的一个艺术加工。

   加上波沙克和勒纳尔,思科公司只有五名员工。他们在波沙克和勒纳尔的家里工作,每周要干100小时以上。每个人都没有薪水,一干就是三年。为了要糊口,他们在白天不得不去做一些技术咨询工作。但是,他们大部分时间都在开发一个名叫“思科路由器”的核心产品。经费实在周转不开的时候,他们只好用自己的信用卡。

   思科公司实际上不需要发明新技术,而是要把现有技术集成为一个质优价廉的产品。他们采用的技术路线是专用系统,即不是用一个通用计算机来实现路由器,而是把路由器的功能用一个价格低廉的专用系统来实现。

   思科公司也没有钱做广告。他们的市场渠道主要是个人之间的口头宣传和电子邮件。但是,由于市场上急需思科路由器一类产品,他们的订单迅速增加。到了1986年11月,公司的销售收入已经达到了每月25万美元。

   思科公司不是不想吸引风险投资来加速产品开发和扩大市场。他们不断与风险投资商洽谈,但开始洽谈的75个风险投资商都拒绝为他们投资。直到1987年12月,红杉树投资公司才给他们投入了200万美元,换取思科公司三分之一的股权。到了1988年底,思科的年销售收入达到了2700万美元。今天,思科已成长为世界上最大的网络公司,市值上千亿美元。

  

   1966年10月,罗伯特·康恩(Robert Kahn)暂时离开了麻省理工学院的教师职位,去BBN公司做网络通信方面的研究工作。由于在通信方面有很强的理论背景,他很快参加了BBN公司的ARPANET工作。尽管要到两年后BBN公司才正式签约参加ARPANET项目,但公司早就开始做这方面的预研工作了。后来,康恩参加了BBN公司为ARPANET研制IMP的项目。

   1970年初,ARPANET的头两个结点成功地安装到了洛杉矶加州大学和斯坦福研究所,并成功地完成了初步的实验。康恩和另一个BBN的同事一起到了洛杉矶,与克莱因洛克教授的研究小组一起对网络进行全面的测试。小组的成员之一是一位叫文森特·舍夫(Vincent Cerf)的研究生。

   康恩设计出一系列测试,然后舍夫运行这些测试程序,检查网络的硬件和软件有没有问题。他们测试了各种通信模式和网络负载情况,发现了很多问题,然后交给BBN的工程师去纠正。其中一类问题叫死锁,就像十字路口车辆无序拥塞一样,造成网络速度变得极其慢,甚至网络全面崩溃。

   三年以后,康恩到了ARPA去做项目管理,舍夫到了斯坦福大学任教。康恩这时面对了一个新问题。网络已不再只有ARPANET一种了。人们发明了无线网、卫星网,移动网技术,它们都采用分组交换技术,但各自有不同的通信协议。如何让这些网络能够互联起来,互相通信呢?

   康恩找到了舍夫。两人经过几个月的研究,发明了一种后来被称为TCP/IP协议的解决方法。这个方法有两个基本要点,后来这种思想在因特网中被广泛使用。第一,网络的通信要分层次,每个层次只实现一种特定的功能。比如,物理层的功能就是把通信内容从同一个物理网的一台电脑传到另一台电脑。IP层的功能是把一个包文从一个物理网传到另一个物理网。但是,IP层并不管包文是否传丢了,也不管从什么途径传输。这些工作由TCP层来完成。比如,TCP层保证了,每一个包收到后都应该发一个回执。如果在一定时间内得不到回执,就假定该包文传丢了,于是就重传一次。

   第二,每层之间用“信封”方式把上一层的内容封起来,再加上一些本层的信息,叫作包头,用来告诉网络和目的地的电脑如何处理这个信息包。这整个过程有点像邮局传递信件的过程。每封信件就是一个包。信包含的信息本身是内容,信封上的信息(尤其是邮政编码,以及是否快递、航空、挂号等)就是TCP/IP的包头。我们可以假设一个邮政编码所辖地区是一个物理网。邮局收到信后,并不看内容,而是根据信封的信息负责把信件送到邮政编码指定的邮局,并做出是用飞机、火车、汽车或是轮船的方式从何条路线传递信件的决定。一旦到了指定目的地邮局,工作人员再根据物理地址将邮件送到收信人手中。在这个过程中,邮政编码有点像IP地址,而是否航空或挂号则像TCP层的信息。

   这些物理网络内部可能采用不同的通信方式(又叫协议),但是,它们之间的通信方式都采用TCP/IP。这些协议之间的翻译和转换则由路由器来完成。

   1974年5月,康恩和舍夫的论文在《IEEE通信技术汇刊》杂志上发表。于是,TCP/IP协议正式诞生了。它可以把很多计算机网络互联起来组成一个大的网络之网。这也就是因特网(Internet)的本意。到了1983年,ARPANET与美国国防部的另一个网络“国防数据网”开始使用TCP/IP协议。有人把这个时间认为是因特网的真正诞生年代,因为我们今天所说的因特网,是指使用TCP/IP协议(或至少是IP协议)的网络之网。二十多年后,TCP/IP协议不仅在因特网,也在电信网中普及。人们把它使用到各种领域。

   中科院计算所门外有个卖香烟的小贩。1999年以前,人们听到她的叫卖声是:“要不要香烟?”2000年以后,她的叫卖声变了:“要不要香烟?要不要IP卡?”她说的IP卡,就是使用TCP/IP协议通过因特网打电话的付费卡。

   以太网、TCP/IP协议和路由器的发明和使用,大大加速了因特网的普及。1974年,因特网的前身ARPANET上还只有几十个结点。到了1986,结点数增长到了5000个,1989年增长到了10万个。到了1992年,因特网上已经有了超过100万个结点。

相关链接编辑本段回目录

  • ARPANET Maps 1967 to 1977
  • Oral history interview with Robert E. Kahn, Charles Babbage Institute, University of Minnesota, Minneapolis. Focuses on Kahn's role in the development of computer networking from 1967 through the early 1980s. Beginning with his work at Bolt Beranek and Newman (BBN), Kahn discusses his involvement as the ARPANET proposal was being written and then implemented, and his role in the public demonstration of the ARPANET. The interview continues into Kahn's involvement with networking when he moves to IPTO in 1972, where he was responsible for the administrative and technical evolution of the ARPANET, including programs in packet radio, the development of a new network protocol (TCP/IP), and the switch to TCP/IP to connect multiple networks.
  • Oral history interview with Vinton Cerf. Charles Babbage Institute, University of Minnesota, Minneapolis. Cerf describes his involvement with the ARPA network, and his relationships with Bolt Beranek and Newman, Robert Kahn, Lawrence Roberts, and the Network Working Group.
  • Oral history interview with Paul Baran. Charles Babbage Institute, University of Minnesota, Minneapolis. Baran describes his work at RAND, and discusses his interaction with the group at ARPA who were responsible for the later development of the ARPANET.
  • Oral history interview with Leonard Kleinrock. Charles Babbage Institute, University of Minnesota, Minneapolis. Kleinrock discusses his work on the ARPANET.
  • Oral history interview with Larry Roberts. Charles Babbage Institute, University of Minnesota, Minneapolis.
  • Oral history interview with Stephen Lukasik. Charles Babbage Institute, University of Minnesota, Minneapolis. Lukasik discusses his tenure at the Advanced Research Projects Agency (ARPA), the development of computer networks and the ARPANET.
  • Looking back at the ARPANET effort
  • The Computer History Museum Images of ARPANET from 1964 onwards.
  • A Brief History of the Internet
  • Paul Baran and the Origins of the Internet
  • Leonard Kleinrock's Personal History/Biography
  • Personal anecdote of the first message ever sent over the ARPANET
  • Len Kleinrock on the Origins (subscribers only)
  • Internet Chronology by Larry Roberts
  • The Faces in Front of the Monitors
  • Doug Engelbart's Role in ARPANET History
  • 参考文献编辑本段回目录

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