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第1章 网络时代(1)

计算机的发明,人类获得了史无前例的计算能力;个人电脑的发明和普及,使人类社会进入了信息化的时代;网络的发明,奠定了未来人类社会的基础。

一、网络时代

在20世纪90年代才真正显露峥嵘的网络互联技术,是人类社会向着资讯时代发展所迈出的最重要的一步,它的历史作用已经超过了人类在电子技术领域的许多重大发明(如电子管、电视、雷达、半导体、电晶体、集成电路、微机以及人造卫星等)。

由网络互联技术所构成的网际网络从原来美国国防部冷战时期的内部试验网络ARPAnet到美国教育科研机构的互联网络,走过了缓慢的过程。但是自从1993年WWW站点主页浏览器发明以来,发展到现在的国际互联网只用了短短的几年时间,其目前所达到的规模和发展的速度是令人始料不及的。

1993年互联网的用户仅为几十万人,而据美国电脑工业年鉴公司1999年公布的报告,到1999年底全球互联网的使用者超过2.59亿。据这家公司估计,1999年年底全球网际网络使用者最多的10个国家依次是:美国(1.1亿),日本(1800万),英国(1400万),加拿大(1330万),德国(1230万),澳大利亚(683万),巴西(680万),中国(630万),法国(569万),韩国(568万)。按照美国人的报告,预计到2000年其全世界的用户超过3亿,届时会有将近1亿台主机和2.3亿台PC连接在网上。2002年全球网际网络使用者上升到4.9亿,2006年已达9.2亿。

浩瀚的信息资源,方便快捷的通信方式以及强大的多媒体功能,使越来越多的人已经感受到网际网络对社会发展的巨大推动力量,以及对传统观念的冲击。正是由于网际网络的飞速发展,才迫使人们开始思考建立真正的资讯高速公路,构建宽带资讯网络以满足用户对通信通道带宽日益增长的需求。

二、了解历史

所有的根源可以完全追溯到人类对计算能力的追求。当然,这里会谈及中国人非常引以为豪的珠算。在一定程度上,珠算是人类最早出现计算机的雏形,这一点是毫无疑义的。除此以外,当代计算机的基础——二进制,也来源于中国《易经》中的八卦,当然西方公认莱布尼茨是二进制的发明者,关于这一点中国和西方有很多论战,也许我们从莱布尼茨发表的关于二进制的论文题目上就可见一斑:“二进位算术的阐述——关于只用0与1兼论其用处及伏羲所用数字的意义。”

网络是随着计算机的发明而出现的。到底是谁首先发明了计算机,美国人和英国人一直在争论。有充分的证据可以证明是英国人先发明的,但是由于在二战期间保密的需要,所以英国人没有公开。看起来英国人太冤枉了,因为计算机的出现对人类的影响太大了,这种影响远远超出了电动机,把功劳记在美国人的账上,英国人当然心有不甘了。不过话又说回来,谁让你保密呢?

因为计算机的出现,使人类的计算能力大规模地得到提高。由于早期的计算机非常昂贵,而对其计算能力的需求又非常迫切,人们就发明了一种方法来使用这种计算能力,这种方法被称为分时系统。

什么是分时系统呢?

分时系统允许用户通过只含显示器和键盘的哑终端来使用计算机(这个时候计算机也可以称为主机,Host)。哑终端很像PC,但没有它自己的CPU、内存和硬盘。靠哑终端,成百上千的用户可以同时访问主机。分时系统将主机时间分成片,给用户分配时间片,用户按照时间片轮流使用计算机。时间片很短,会使用户产生错觉,以为主机完全为他所用。而每个用户都认为是自己在使用主机,注意一个词汇开始在计算机网络领域频繁地被使用,这个词就是“共享(Share)”。

这就是网络的最早雏形,不过,现代的网络定义,不包括分时系统。

网络出现的第一个阶段和形式:共享主机。

集成电路和超大规模集成电路的进步,最终促进了计算机的高速发展并迅速地小型化。到了20世纪80年代初期,美国IBM(International Business Machine)公司发明了PC(Personal Computer,个人电脑)是一个划时代的进步。从20世纪60年代开始,计算机逐渐成为了信息和数据处理的主要设备,人们发现,需要把各个计算机处理的数据进行交换以提高系统的处理效率。

网络出现的第二个阶段和形式:共享数据。

如果我们说真正意义上的计算机是20世纪40年代出现的话,那么真正意义上的计算机网络出现于20世纪60年代。在人类计算机的发展历史中,网络的出现并不晚。我们现在所享受的高度发展的网络环境,走过了同样短暂但是丰富的过程。

(一)网络的历史

1.网络时代的奠基者——三个科学家和一次会议

在网络的发展中,必须记住有三个关键的科学家和一次国际会议。

第一个是万尼瓦·布什(Vannevar Bush)。1940年罗斯福总统邀请万尼瓦·布什加入了美国的国防研究委员会并担任主席。万尼瓦·布什对互联网所做的最大的贡献是建立了一个研究小组,而该研究小组最终实现了ARPAnet。他对互联网最直接的影响是在一篇论文中对一个被其称为“memex”的信息系统的革命性的描述,他的描述促使很多人投入了早期互联网的研究。万尼瓦·布什的梦想在几十年后的今天,随着个人电脑、网页和搜索引擎等技术的发展与普及,最终成为了现实。

第二个关键人物是大名鼎鼎的控制论的创立者诺伯特·维纳(Norbert Wiener)。维纳的控制论激励了一代的科学家去思考如何利用计算机作为扩展人类能力的手段。他的理论直接影响了后期几个重要的互联网的研究者。

第三个关键人物是马歇尔·麦克卢汉(Marshall McLuhan)。麦克卢汉首先提出了一个地球村(Global Village)的概念,而这个地球村被所谓的电子神经系统互联(Interconnect)起来。他的观点是革命性的,并且彻底地改变了人们对媒体、技术和通信的认识。

非常重要的一次会议是1956年的达特茅斯人工智能会议(The 1956 Dart mouth Aritficial Intelligence Conference)。在这次会议中,非常明确地提出了“技术正在以指数速度发展”的概念,并且提出了一系列由此导致的结果。这次会议不仅导致了人工智能的诞生,而且使后来几代的科学家认识到技术将以一种刻骨铭心的方式受益于人类。

2.网络的发展

1957年,前苏联发射了第一颗人造卫星,使得美国非常惊慌。为了遏制苏联,美国进行了一系列的行动,其中一部分就是,美国成立了高级研究计划机构,即ARPA(Advanced Research Projects Agency),以确保美国的技术能与前苏联保持同步。

20世纪60年代后期,ARPA开始使用一个实验计算机网络,称为ARPAnet,这个网络使用一种叫“包交换”的新技术来传送信息,而“包交换”后来就成为互联网的标准。包交换是这样运行的:为了通过网络发送消息,它首先被分割成“包”,每个包通过由许多线连接起来的计算机组成的网络发送出去,而不是通过由源机直接和终端机连接来实现(就像我们所知道的电话拨打)。每个包都包含其目的地址,能“找到”通往终端机的路径,在终端机那里,所有的包都被重新汇编。对美国政府来说,这个系统的一大吸引力就在于,一旦原子弹击中军事网络的一部分,数据将会“聪明”地找到通往该网络的其他未受影响部分的路径。

到了20世纪70年代中期,ARPAnet的发展相当迅速。1975年,美国军队对这个网络采取了更为严格的控制,把它限定为军事应用,这刺激了一直利用ARPAnet来建立自己网络的非军事类型网络的发展。

ARPA鼓励一种叫做TCP/IP(Transmission Control Protocol/ Internet Protocol,传输控制协议和网际互联协议)的包交换协议的开发,使不同网络全都能相互连接,并且ARPAnet自身于1983年开始使用TCP/IP软件。

TCP/IP协议是互联网络的重要基础,也将是人类社会未来网络的重要基础。

TCP/IP软件免费提供,不分对象,这使分离的各网络得以相互连接,这些网络就形成了我们今天称之为“互联网”的东西。

1982年,在ARPA资助下,美国加州大学伯克利分校将TCP/IP协议嵌入UNIX BSD4.1版,这极大地推动了TCP/IP的应用进程。

免费是互联网的一条重要的游戏规则。

远程终端计算机系统是在分时计算机系统基础上,通过Modem(调制解调器)和PSTN(公用电话网)向地理上分布的许多远程终端用户提供共享资源服务。这虽然还不能算是真正的计算机网络系统,但它是计算机与通信系统结合的最初尝试。远程终端用户似乎已经感觉到使用“计算机网络”的味道了。在远程终端计算机系统基础上,人们开始研究把计算机与计算机通过PSTN等已有的通信系统互联起来。为了使计算机之间的通信连接可靠,建立了分层通信体系和相应的网络通信协议,于是诞生了以资源共享为主要目的的计算机网络。由于网络中计算机之间具有数据交换的能力,提供了在更大范围内计算机之间协同工作、实现分布处理甚至并行处理的能力,联网用户之间直接通过计算机网络进行信息交换的通信能力也大大增强。

1969年12月,Internet的前身——美国的ARPA网投入运行,它标志着我们常称的计算机网络的兴起。这个计算机互联的网络系统是一种分组交换网。分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性的变化,它为后来的计算机网络打下了基础。

20世纪80年代初,随着PC个人微机应用的推广,PC联网的需求也随之增大,各种基于PC互联的微机局域网纷纷出台。这个时期微机局域网系统的典型结构是在共享介质通信网平台上的共享文件服务器结构,即为所有联网PC设置一台专用的可共享的网络文件服务器。PC是一台“麻雀虽小,五脏俱全”的小计算机,每个PC机用户的主要任务仍在自己的PC机上运行,仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文件服务器,体现了计算机网络中各计算机之间的协同工作。由于使用了比PSTN速率高得多的同轴电缆、光纤等高速传输介质,使PC网上访问共享资源的速率和效率大大提高。这种基于文件服务器的微机网络对网内计算机进行了分工:PC机面向用户,微机服务器专用于提供共享文件资源。所以它实际上就是一种客户机/服务器模式。

计算机网络系统是非常复杂的系统,计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题,为实现计算机网络通信,计算机网络采用的是分层解决网络技术问题的方法。但是,由于存在不同的分层网络系统体系结构,它们的产品之间很难实现互联。为此,国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”OSI国际标准,使计算机网络体系结构实现了标准化。

网络的发展可以概括为以下几个阶段:

第一代,以单台计算机为中心的带有多个通信终端的系统;

第二代,资源子网和通信子网分开的多主机互联的网络;

第三代,分组交换网络;

第四代,以OSI为代表的标准化的网络;

第五代,在互联网推动下,以TCP/IP为基础的,以光纤为主要通信媒质,融合了大量的多媒体业务的网络。

(二)互联网的历史

事实上,Internet是完全基于网络技术的,是网络发展的一个必然进程。我们很难把Internet与网络的发展历史截然分开。

什么是互联网呢?

Internet是一个国际性的通信网络集合体,它集现代通信技术和现代计算机技术于一体,是计算机之间进行国际信息交流和实现资源共享的良好手段。Internet将各种各样的物理网络连接起来,构成一个整体,而不论这些网络类型的异同、规模的大小和地理位置的差异,因此准确的描述是:Internet是一个网络的网络。

Internet是从早期的APRAnet网发展起来的,同时对APRAnet上分组交换技术和网络互联技术的研究,又导致了TCP/IP的出现和发展。

TCP/IP协议族是互联网的重要基础。随着互联网的迅速发展,TCP/IP在网络技术领域的影响越来越广泛,目前已经成为了事实上的标准。

TCP/IP的应用范围很广,不仅适用于大型机,也适用于小型机和PC机,既可用于局域网,也能用于广域网。原则上任何计算机只要遵守TCP/IP协议,按一定的规则都能接入Internet。

正所谓“无心插柳柳成荫”,长期以来科技人员所寻求的建立一个统一的网络架构,采用一个协议体系完成所有通信任务的目标正在以TCP/IP为基础向前推动,也许10年或者20年后,将会得以实现。

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