因特网发展的三个阶段

因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是在某个日期突然发生了变化。

第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网（并不是一个互连的网络）。所有要连接在ARPANET上的主机都直接与就近的结点交换机相连。但到了上世纪70年代中期，人们已认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信问题。于是ARPA开始研究多种网络（如分组无线电网络）互连的技术，这就导致后来互连网的出现。这样的互连网就成为现在因特网(Internet)的雏形。1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信，因而人们就把1983年作为因特网的诞生时间。1990年，ARPANET正式宣布关闭，因为它的实验任务已经完成。

请读者注意以下两个意思相差很大的名词internet和Internet [RFC 1208]：

以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以是任意的。

以大写字母I开始的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、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，且其前身是美国的ARPANET。

第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。从1985年起，美国国家科学基金会NSF (National Science Foundation)就围绕六个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。这种三级计算机网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要组成部分。1991年，NSF和美国的其他政府机构开始认识到，因特网必将扩大其使用范围，不应仅限于大学和研究机构。世界上的许多公司纷纷接入到因特网，网络上的通信量急剧增大，使因特网的容量已满足不了需要。于是美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1992年因特网上的主机超过100万台。1993年因特网主干网的速率提高到45Mb/s（T3速率）。

第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网替代，而政府机构不再负责因特网的运营。这样就出现了一个新的名词：因特网服务提供者ISP (InternetService Provider)。在许多情况下，因特网服务提供者ISP就是一个进行商业活动的公司，因此ISP又常译为因特网服务提供商。例如，中国电信、中国联通和中国移动就是我国最有名的ISP。

ISP可以从因特网管理机构申请到很多IP地址（因特网上的主机都必须有IP地址才能上网，这一概念我们将在第4章的4.2节详细讨论），同时拥有通信线路（大的ISP自己建造通信线路，小的ISP则向电信公司租用通信线路）以及路由器等连网设备，因此任何机构和个人只要向某个ISP交纳规定的费用，就可从该ISP获取所需IP地址的使用权，并可通过该ISP接入到因特网。所谓“上网”就是指“（通过某个ISP获得的IP地址）接入到因特网”。IP地址的管理机构不会把一个单个的IP地址分配给单个用户（不“零售”IP地址），而是把一批IP地址有偿租赁给经审查合格的ISP（只“批发”IP地址）。由此可见，现在的因特网已不是某个单个组织所拥有而是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的，这就是因特网也称为“网络的网络”的原因。图1-3说明了用户通过ISP上网（有线接入或无线接入）。

根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次：主干ISP、地区ISP和本地ISP。

主干ISP由几个专门的公司创建和维持，服务面积最大（一般都能够覆盖国家范围），并且还拥有高速主干网（例如10Gb/s或更高）。有一些地区ISP网络也可直接与主干ISP相连。

地区ISP是一些较小的ISP。这些地区ISP通过一个或多个主干ISP连接起来。它们位于等级中的第二层，数据率也低一些。

本地ISP给端用户提供直接的服务。本地ISP可以连接到地区ISP，也可直接连接到主干ISP。绝大多数的端用户都是连接到本地ISP的。本地ISP可以是一个仅仅提供因特网服务的公司，也可以是一个拥有网络并向自己的雇员提供服务的企业，或者是一个运行自己的网络的非营利机构（如学院或大学）。本地ISP可以与地区ISP或主干ISP连接。

图1-4是具有三层ISP结构的因特网的概念示意图，但这种示意图并不表示各ISP的地理位置关系。图中给出了主机A经过许多不同层次的ISP与主机B通信的示意图。

从原理上讲，只要每一个本地ISP都安装了路由器连接到某个地区ISP，而每一个地区ISP也有路由器连接到主干ISP，那么在这些相互连接的ISP的共同合作下，就可以完成因特网中的所有的分组转发任务。但随着因特网上数据流量的急剧增长，人们开始研究如何更快地转发分组，以及如何更加有效地利用网络资源。于是，因特网交换点 IXP (Internet eXchange Point)就应运而生了。

因特网交换点IXP的主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。例如，在图1-4中右方的两个地区ISP通过一个IXP连接起来了。这样，主机A和主机B交换分组时，就不必再经过最上层的主干ISP，而是直接在两个地区ISP之间用高速链路对等地交换分组。这样就使因特网上的数据流量分布更加合理，同时也减少了分组转发的迟延时间，降低了分组转发的费用。现在许多IXP在进行对等交换分组时，都互相不收费。但本地ISP或地区ISP通过IXP向高层的IXP转发分组时，则需要交纳一定的费用。IXP的结构非常复杂。典型的IXP由一个或多个网络交换机组成，许多ISP再连接到这些网络交换机的相关端口上。IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机，这些网络交换机都用局域网互连起来。

据统计，到2012年3月，全球已经有91个国家拥有IXP，其中拥有10个以上IXP的国家仅有9个，而仅拥有一个IXP的有48个国家。目前世界上仍有107个国家还没有IXP。图1-5是IXP在全球的分布图，图的右方给出了几个国家的IXP数。可以看出，因特网的发展在全世界还是很不平衡的[W-IXP]。现在，世界上最大的IXP是1995年建造在德国法兰克福的DE-CIX [W-DECIX]，其峰值吞吐量已超过4Tb/s。这个IXP已成为因特网在欧洲的枢纽。

因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。因特网的迅猛发展始于20世纪90年代，由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW (World Wide Web)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。万维网的站点数目也急剧增长。因特网上准确的通信量是很难估计的，但有文献介绍，因特网上的数据通信量每月约增加10 %。表1-1是统计到2005年因特网上的网络数、主机数、用户数和管理机构数的简单概括[COME06]。根据ITU的统计[W-ITU]，在2010年，全世界的因特网用户已经超过20亿人。

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