1.2 因特网概述

1.2.1 网络的网络

起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网。

我们先给出关于网络、互联网（互连网）以及因特网的一些最基本的概念。

网络（network）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等（在后续的两章我们将会介绍集线器、交换机和路由器等设备的作用）。图1-1(a)给出了一个具有五个结点和四条链路的网络。我们看到，有四台计算机通过四条链路连接到一个集线器上，构成了一个简单的网络。在很多情况下，我们可以用一朵云表示一个网络。这样做的好处是，可以不去关心网络中的细节问题，因而可以集中精力研究涉及到与网络互连有关的一些问题。

网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网），如图1-1(b)所示。因此互联网是“网络的网络（network of networks）”。

因特网（Internet）是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）。习惯上，大家把连接在因特网上的计算机都称为主机（host）。路由器是一种特殊的计算机，它的任务是连接不同的网络，而不是进行通信和信息处理。因此不能把路由器称为主机。因特网也常常用一朵云来表示，图1-2表示许多主机连接在因特网上。这种表示方法是把主机画在网络的外边，而网络内部的细节（即路由器怎样把许多网络连接起来）往往就省略了。

因此，我们可以先初步建立这样的基本概念：网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起。因特网是世界上最大的互联网。

还有一点也必须注意，就是网络互连并不是把计算机仅仅简单地在物理上连接起来，因为这样做并不能达到计算机之间能够相互交换信息的目的。我们还必须在计算机上安装许多使计算机能够交换信息的软件才行。因此当我们谈到网络互连时，就隐含地表示在这些计算机上已经安装了适当的软件，因而在计算机之间可以通过网络交换信息。

本书中所谈到的网络都指的是计算机网络。因特网就是世界上最大的计算机网络。

1.2.2 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——从单个网络ARPANET向互联网发展。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，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20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。这就导致了后来互连网的出现。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。

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——逐步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，使网络上的通信量急剧增大，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——逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。ISP就是因特网服务提供者的英文缩写，它表示Internet Service Provider。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，而是让各种ISP来运营。ISP又常译为因特网服务提供商。

ISP可以从因特网管理机构申请到的成块的IP地址（因特网上的主机都必须有IP地址才能进行通信，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ISP交纳规定的费用，就可从ISP得到所需的IP地址，并通过该ISP接入到因特网。我们通常所说的“上网”就是指“通过某个ISP接入到因特网”。IP地址的管理机构不会把一个单个的IP地址分配给某个单个用户（不“零售”IP地址），而是把一批IP地址有偿分配给经审查合格的ISP（只“批发”IP地址）。从以上所讲的可以看出，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。图1-3说明了用户要通过ISP才能连接到因特网。

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。图1-4是具有三层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。

在图中，最高级别的第一层ISP（tier-1 ISP）的服务面积最大（一般都能够覆盖国家范围），并且还拥有高速主干网。第二层ISP和一些大公司都是第一层ISP的用户。第三层ISP又称为本地ISP，它们是第二层ISP的用户，且只拥有本地范围的网络。一般的校园网或企业网，以及拨号上网的用户，都是第三层ISP的用户。为了使不同层次ISP经营的网络都能够互通，在1994年开始创建了四个网络接入点NAP（Network Access Point），分别由四个电信公司经营。NAP用来交换因特网上的流量。在NAP中安装有性能很好的交换设施（例如，使用ATM交换技术）。到本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。NAP可以算是最高等级的接入点。它主要是向各ISP提供交换设施，使它们能够互相通信。NAP又称为对等点（peering point），表示接入到NAP的设备不存在从属关系而都是平等的。现在有一种趋势，即比较大的第一层ISP愿意绕过NAP而直接通过高速通信线路（2.5~10 Gb/s或更高）和其他的第一层ISP交换大量的数据，这样可以使第一层ISP之间的通信更加快捷。

从图1-4可看出，因特网逐渐演变成基于ISP和NAP的多层次结构网络。但今天的因特网由于规模太大，已经很难对整个网络的结构给出细致的描述。但下面这种情况是经常遇到的，就是相隔较远的两台主机的通信可能需要经过多个ISP（如图1-4中的灰色粗线表示主机A要经过许多不同层次的ISP才能把数据传送到主机B）。因此，当主机A和另一台主机B通过因特网进行通信时，实际上也就是它们通过许多中间的ISP进行通信。

顺便指出，一旦某个用户能够接入到因特网，那么他就能够成为一个ISP。他需要做的就是购买一些如调制解调器或路由器这样的设备，让其他用户能够和他相连接。因此，图1-4所示的仅仅是个示意图，因为一个ISP可以很方便地在因特网拓扑上增添新的层次和分支。

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。在因特网上的数据通信量每月约增加10%。表1-1是因特网上的网络数、主机数、用户数和管理机构数的简单概括（统计到2005年）。

由于因特网存在着技术上和功能上的不足，加上用户数量猛增，使得现有的因特网不堪重负。因此1996年美国的一些研究机构和34所大学提出研制和建造新一代因特网的设想，并宣布在今后5年内用5亿美元的联邦资金实施“下一代因特网计划”，即NGI（Next Generation Internet Initiative）计划。

NGI计划要实现的主要目标是：

（1）开发下一代网络结构，以比现有的因特网高100倍的速率连接至少100个研究机构，以比现有的因特网高1000倍的速率连接10个类似的网点。其端到端的传输速率要超过100 Mb/s至10Gb/s。

（2）使用更加先进的网络服务技术和开发许多带有革命性的应用，如远程医疗、远程教育、有关能源和地球系统的研究、高性能的全球通信、环境监测和预报、紧急情况处理等。

（3）使用超高速全光网络，能实现更快速的交换和路由选择，同时具有为一些实时（real time）应用保留带宽的能力。

（4）对整个因特网的管理和保证信息的可靠性及安全性方面进行较大的改进。

1.2.3 因特网的标准化工作

因特网的标准化工作对因特网的发展起到了非常重要的作用。我们知道，标准化工作的好坏对一种技术的发展有着很大的影响。缺乏国际标准将会使技术的发展处于比较混乱的状态，而盲目自由竞争的结果很可能形成多种技术体制并存且互不兼容的状态（如过去形成的彩电三大制式），给用户带来较大的不方便。但国际标准的制定又是一个非常复杂的问题，这里既有很多技术问题，也有很多属于非技术问题，如不同厂商之间经济利益的争夺问题等。标准制定的时机也很重要。标准制定得过早，由于技术还没有发展到成熟水平，会使技术比较陈旧的标准限制了产品的技术水平，其结果是以后不得不再次修订标准，造成浪费。反之，若标准制定得太迟，也会使技术的发展无章可循，造成产品的互不兼容，因而也会影响技术的发展。因特网在制定其标准上很有特色。其中的一个很大的特点是面向公众。因特网所有的RFC技术文档都可从因特网上免费下载，而且任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的意见或建议。这种方式对因特网的迅速发展影响很大。

1992年由于因特网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫做因特网协会（Internet Society，简称为ISOC），以便对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。ISOC下面有一个技术组织叫做因特网体系结构委员会IAB（Internet Architecture Board），负责管理因特网有关协议的开发。IAB下面又设有两个工程部：

（1）因特网工程部IETF（Internet Engineering Task Force）——负责研究一些短期和中期的工程问题，主要是针对协议的开发和标准化。

（2）因特网研究部IRTF（Internet Research Task Force）——从事理论方面研究和开发一些需要长期考虑的问题。

所有的因特网标准都是以RFC的形式在因特网上发表。RFC（Request For Comments）的意思是“请求评论”。所有的RFC文档都可从因特网上免费下载（http://www.ietf.org/rfc.html）。但应注意，并非所有的RFC文档都是因特网标准，只有一小部分RFC文档最后才能变成因特网标准。RFC按收到时间的先后从小到大编上序号（即RFC xxxx，这里的xxxx是阿拉伯数字）。一个RFC文档更新后就使用一个新的编号，并在文档中指出原来老编号的RFC文档已成为陈旧的。

制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段：

（1）因特网草案（Internet Draft）——在这个阶段还不是RFC文档。

（2）建议标准（Proposed Standard）——从这个阶段开始就成为RFC文档。

（3）草案标准（Draft Standard）。

（4）因特网标准（Internet Standard）。