因特網發展的三個階段

因特網的基礎結構大體上經歷了三個階段的演進。但這🌃三個階段在時間劃分上并非截然分開而是有部分重疊的，這是因為網絡的演進是逐漸的而不是在某個日期突然發生了變化。

第一階段是從單個網絡ARPANET向互聯網發展的過程。19✅69年美國國防部創建的第一個分組交換網ARPANET最初只是一個單個的分組交換網（并不是一個互連的網絡）。所有要連接在ARPANET上的主機都直接與就近的結點交換機相連。但到了上世紀70年代中期，人們已認識到不可能僅使用一個單獨的網絡來滿足所有的通信問題。于是ARPA開始研究多種網絡（如分組無線電網絡）互連的技術，▨這就導致后來互連網的出現。這樣的互連網就成為現在因特網(Internet)的雛形。1983年，TCP/IP協議成為ARPANET上的標準協議，使得所有使用TCP/IP協議的計算機都能利用互連網相互通信，因而人們就把1983年作為因特網的誕生時間。1990年，ARPANET正式宣布關閉，因為它的實驗任務已經完成。

請讀者注意以下兩個意思相差很大的名詞internet和Internet [RFC 1208]：

以小寫字母i開始的internet（互聯網或互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。🌳在這些網絡之間的通信協議（即通信規則）可以是任意的。

以大寫字母I開始的Internet（因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的🙈、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用TCP/IP協議族作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。

第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。從1985年起，美國國家科學基金會NSF (National Scie𒐪nce Foundation)就圍繞六個大型計算機中心建設計算機網絡，即國家科學基金網NSFNEꦏT。它是一個三級計算機網絡，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。這種三級計算機網絡覆蓋了全美國主要的大學和研究所，并且成為因特網中的主要組成部分。1991年，NSF和美國的其他政府機構開始認識到，因特網必將擴大其使用范圍，不應僅限于大學和研究機構。世界上的許多公司紛紛接入到因特網，網絡上的通信量急劇增大，使因特網的容量已滿足不了需要。于是美國政府決定將因特網的主干網轉交給私人公司來經營，并開始對接入因特網的單位收費。1992年因特網上的主機超過100萬臺。1993年因特網主干網的速率提高到45Mb/s（T3速率）。

第三階段的特點是逐漸形成了多層次 ISP 結構的因特網。從1993年開始，由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個商用的因特網主干網替代，而政府機構不再負責因特網的運營。這樣就出現了一個新的名詞：因特網服務提供者ISP (InternetService Provider)。在許多情況下，因ไ特網服務提供者ISP就是一個進行商業活動的公司，因此ISP又常譯為因特網服務提供商。例如，中國電信、中國聯通和中國移動就是我國最有名的ISP。

ISP可以從因特網管理機構申請到很多IP地址（因特網上的主機都必須有IP地址才能上網，這一概念我們將𒆙在第4章的4.2節詳細討論），同時擁有通信線路（大的ISP自己建造通信線路，小的ISP則向電信公司租用通信線路）以及路由器等連網設備，因此任何機構和個人只要向某個ISP交納規定的費用，就可從該ISP獲取所需IP地址的使用權，并可通過該ISP接入到因特網。所謂“上網”就是指“（通過某個ISP獲得的IP地址）接入到因特網”。IP地址的管理機構不會把一個單個的IP地址分配給單個用戶（不“零售”IP地址），而是把一批IP地址有償租賃給經審查合格的ISP（只“批發”IP地址）。由此可見，現在的因特網已不是某個單個組織所擁有而是全世界無數🔯大大小小的ISP所共同擁有的，這就是因特網也稱為“網絡的網絡”的原因。圖1-3說明了用戶通過ISP上網（有線接入或無線接入）。

根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，ISP也分成為不同的層次：主干ISP🅘、地區ISP和本地ISP。

主干ISP由幾個專門的公📖司創建和維持，服務面積♒最大（一般都能夠覆蓋國家范圍），并且還擁有高速主干網（例如10Gb/s或更高）。有一些地區ISP網絡也可直接與主干ISP相連。

地區ISP是一些較小的ISP。這些地區ISP通過一個或多個主干ISP連接起來。它們位于等級中的第二層，數據率也低一𒈔些。

本地ISP給端用戶提供直接的服務。本地ISP可以連接到地區♈ISP，也可直接連接到主干ISP。絕大多數的端用戶都是連接到本地ISP的。本地ISP可以是一個僅僅提供因特網服務的公司，也可以是一個擁有網絡并向自己的雇員提供服務的企業，或者是一個運行自己的網絡的非營利機構（如學院或大學）。本地ISP可ജ以與地區ISP或主干ISP連接。

圖1-4是具有三層ISP結構的因特網的概念示意圖，但這種示意圖并不表示各ISP的地理位置關系。ꦺ圖中給出了主機A經過許多不同層次的ISP與主機B通信的示意圖。

從原理上講，只要每一個本地ISP都安裝了路由器連接到某個地區ISP，而每一個地區ISP也有路由器連接到主干ISP，那么在這些🌜相互連接的ISP的共同合作下，就可以完成因特網中的所❀有的分組轉發任務。但隨著因特網上數據流量的急劇增長，人們開始研究如何更快地轉發分組，以及如何更加有效地利用網絡資源。于是，因特網交換點 IXP (Internet eXchange Point)就應運而生了。

因特網交換點IXP的主要作用就是允許兩個網絡直接相連并交換分組，而不需要再通過第三個網絡來轉發分組。例如，在圖1-🐎4中右方的兩個地區ISP通過一個IXP連接起來了。這樣，主機A和主機B交換分組時，就不必再經過最上層的主干ISP，而是直接在兩個地區ISP之間用高速鏈路對等地交換分組。這樣就使因特網上的數據流量分布更加合理，同時也減少了分組轉發的遲延時間，降低了分組轉發的費用。現在許多IXP在進行對等交換分組時，都互相不收費。但本地ISP或地區ISP通過IXP向高層的IXP轉發分組時，則需要交納一定的費用。IXP的結構非常復雜。典型的IXP由一個或多個網絡交換機組成，許多ISP再連接到這些網絡交換機的相關端口上。IXP常采用工作在數據鏈路層的網絡交換機，這些網絡交換機都用局域網互連起來。

據統計，到2012年3月，全球已經有91個國家擁有IXP，其中擁有10個以上IXP的國家僅有9個，而僅擁有一個IXP的有48個國家。目前世界上仍有107個國家還沒有IXP。圖1-5是IXP在全球的分布圖，圖的右方給出了幾個國家的IXP數。可以看出，因特網的發展在全世界𒐪還是很不平衡的[W-IXP]。現在，世界上最大的IXP是1995年建造在德國法蘭克福的DE-CIX [W-DECIX]，其峰值吞吐量已超過4Tb/s。這個IXP已成為因特網在歐洲的樞紐。

因特網已經成為世界上規模最大和增長速率最快的計算機網絡，沒有人能夠準確說出因特網究竟有多大。因特網的迅猛發展始于20世紀90年代，由歐洲原子核研究組織CERN開發的萬維網WWW (World Wide Web)被廣泛使用在因特網上，大大方便了廣大非網絡專業人員對網絡的使用，成為因特網的這種指數級增長的主要驅動力。萬維網的站點數目也急劇增長。因特網上準確的通信量是很難估計的，但有文獻介紹，因特網上的數據通信量每月約增加10🃏 %。表1-1是統計到2005年因特網上的網絡數、主機數、用戶數和管理機構數的簡單概括[COME06]。根據ITU的統計[W-ITU]，在2010年，全世界✱的因特網用戶已經超過20億人。

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