40年網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展歷程

1、40年網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展歷程40 Years of Network Technology Development何寶宏/HE Baohong1于群/YU Qun2(1. 工業(yè)與信息化部電信研究院互聯(lián)網(wǎng)中心，北京 100191；2. 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)管中心，北京 100140)(1. The Internet Center, China Academy of Telecommunication Research of MIIT, Beijing 100191, China; 2. The Network Management Center, China United Network Comm

2、unications Company Limited, Beijing 100140, China)中圖分類號：TN915 文獻標識碼：A 文章編號：1009-6868 (2010) S0-0000-00基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃)課題(2008AA01A301)摘要：網(wǎng)絡信息產(chǎn)業(yè)是未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，它的發(fā)展是提升國民經(jīng)濟整體素質(zhì)和競爭力的重要指數(shù)，世界各國紛紛將網(wǎng)絡基礎設施建設納入經(jīng)濟刺激計劃之中。文章將網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展歷程劃分為準備、競爭、融合和轉(zhuǎn)折4個時期，分別分析、總結(jié)了不同發(fā)展階段的特點和經(jīng)驗教訓。文章指出互聯(lián)網(wǎng)與其他產(chǎn)業(yè)結(jié)合是未來網(wǎng)絡信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，新一

3、輪產(chǎn)業(yè)革命即將到來。關鍵詞： 網(wǎng)絡技術(shù)；數(shù)據(jù)通信；X.25 OSI/RM IP；互聯(lián)網(wǎng)；萬維網(wǎng)Abstract: As one of the next emerging strategic industries, the network information industry, has the ability to enhance the quality and competitiveness of national economies. Countries around the world are now incorporating network infrastructure into

4、their economic stimulus plans. This paper classifies the history of network technologies into four phases: preparation, competition, convergence, and transition, and summarizes the different characters and experiences of each phase. It also suggests that integration with other industries is a trend

5、of the information industry, and that a new industry revolution is fast approaching.Key words: network technology; data communication; X.25, OSI/RM IP; Internet; world wide web “網(wǎng)絡技術(shù)”又稱 “計算機通信”或“數(shù)據(jù)通信”，主要研究的是安全、可靠和高效地傳遞計算機或其它設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號。“數(shù)據(jù)信號”是相對于傳統(tǒng)電信中的“話音信號”和傳統(tǒng)廣播電視中的“視頻信號”而言。因為在網(wǎng)絡技術(shù)誕生前，話音和視頻都是模擬信號，數(shù)據(jù)信

6、號多為計算機產(chǎn)生的數(shù)字化信號，并且呈現(xiàn)出與話音和視頻信號諸多不同的傳輸特點。古代數(shù)據(jù)通信主要以聲光為載體，例如旗語和擊鼓等，只能在可視或可聽的短距離內(nèi)傳輸，可靠性差、速度慢、保密性低。由于缺乏現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信中的“信令平面”，可以傳遞的信息只能事先約定好并且無法實時協(xié)商，導致可傳遞的信息量很少。當然，中國古代的烽火通信系統(tǒng)相當發(fā)達，已經(jīng)具備了現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信中“中繼”的概念，可以將少量軍情信息快速“中繼”到首都甚至全國各地。但因仍沒有“信令平面”，“周幽王烽火戲諸侯”才得以上演成一場歷史“悲劇”。當電替代聲光作為信息載體之后，遠距離和大數(shù)據(jù)量的快速信息傳遞才得以實現(xiàn)。首先是可傳送少量文字信息的電報網(wǎng)的

7、出現(xiàn)。19世紀30年代，由于鐵路迅速發(fā)展，迫切需要一種不受天氣影響并且比火車跑得快的通信工具，這是促進電報產(chǎn)生的社會基礎。1838年，美國人塞繆爾·莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse）發(fā)明了莫爾斯電碼，以點和劃形式傳遞離散的文本信息，被認為是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信的原型，開啟了電子通信時代的新紀元。電報網(wǎng)通信方式簡單，內(nèi)容單一，可傳送的信息量也少。人們在使用電報網(wǎng)傳遞文字信息的幾十年后，新聞業(yè)和攝影業(yè)等對遠距離傳送圖片的需求不斷增加。1843年，英國發(fā)明家亞歷山大·貝恩（Alexander Bain）就已經(jīng)發(fā)明了傳真技術(shù)，但直至20世紀初，隨著圖片傳送需求的

8、增加，法國攝影協(xié)會成員愛德華·貝蘭（Edward Berlin）制成了相片傳真機之后，傳真才開始在商業(yè)上規(guī)?；瘧?。1925年，美國電報電話公司的貝爾研究所研制出相片傳真機并在電報網(wǎng)上使用。由于電報網(wǎng)的傳輸速度和普及范圍所限，傳真只應用在新聞、軍事、公共安全和醫(yī)療等特殊部門。為了擴大傳真的使用范圍，1968年美國率先在公用電話網(wǎng)上開放傳真業(yè)務，世界各國相繼利用電話網(wǎng)開展傳真業(yè)務。自此，傳真開始了大發(fā)展階段。與此同時，電報這一最早的現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信技術(shù)，在經(jīng)過多年的混亂競爭之后，因在傳遞圖片的業(yè)務上沒有發(fā)展等原因而隕落。傳真技術(shù)在20世紀80年代中期達到了巔峰，成為普通辦公環(huán)境中不可缺少的

9、工具。但是近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)上電子郵件和網(wǎng)絡傳真技術(shù)的快速發(fā)展和應用，傳統(tǒng)傳真業(yè)務呈大幅下降趨勢，僅在某些特殊的場景下具有不可取代的位置。1 網(wǎng)絡技術(shù)理論準備階段(19601970)20世紀60年代，隨著計算機日益廣泛的應用，產(chǎn)生了計算機之間大規(guī)模數(shù)據(jù)通信的需求。最初的計算機通信都是通過撥號聯(lián)網(wǎng)，基于電話網(wǎng)和調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)的。傳輸速度低、可靠性差，效率低，價格高(大容量廉價的光通信技術(shù)當時還沒有出現(xiàn))。這種基于電話網(wǎng)的、通過調(diào)制解調(diào)器方式的數(shù)據(jù)通信模式(類似電話網(wǎng)的傳真模式)，根本無法滿足未來計算機大規(guī)模組網(wǎng)和突發(fā)式、多速率通信的需求。20世紀60年代，美國蘭德公司（Rand）的Paul Bar

10、an，英國國家物理實驗室(NPL)的 Donald Davies和麻省理工學院的博士生Leonard Kleinrock，從不同的角度提出了目前被稱為“包交換”的網(wǎng)絡技術(shù)1。包交換技術(shù)將用戶傳送的數(shù)據(jù)分成若干比較短的、標準化的“分組”（或稱包）進行交換和傳輸，每個分組由用戶數(shù)據(jù)以及必要的地址和控制信息組成，從而保證網(wǎng)絡能夠?qū)?shù)據(jù)傳遞到目的地。分組交換是以分組為單位進行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的。分組到達交換機后，先存儲在交換機中，當所需要的輸出電路空閑時，再將該分組發(fā)送接收端。這種思想完全不同于電話網(wǎng)所采用的電路交換技術(shù)：電話網(wǎng)用戶通話前先建立連接，通話時獨占資源。包交換技術(shù)目前已經(jīng)成為數(shù)據(jù)、話音

11、和視頻通信的共用技術(shù)。20世紀60年代，計算機界和電信業(yè)都意識到了這一新技術(shù)的歷史意義。計算機界從需求的角度意識到：網(wǎng)絡技術(shù)將成為計算機最重要的功能之一，是計算機技術(shù)發(fā)展的必然；而電信業(yè)從供給的角度意識到：計算機通信將是繼話音通信之后，又一種前景廣闊的電信“增值”業(yè)務，是電信技術(shù)發(fā)展的必然。由于不同的利益訴求、技術(shù)背景、人員結(jié)構(gòu)和政策環(huán)境等，再加上各種政治斗爭和國家利益，導致了計算機界和電信業(yè)在網(wǎng)絡技術(shù)方面長達30余年的技術(shù)路線之爭，電信數(shù)據(jù)網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡的技術(shù)發(fā)展方向分道揚鑣，直到近年來才走向了“融合”。20世紀60年代后網(wǎng)絡技術(shù)的簡單發(fā)展歷程，如圖1所示。圖1 網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展簡單歷程APPA

12、 Net:阿帕網(wǎng) ASCII: 美國信息互換標準代碼ATM: 異步傳遞模式 CCITT: 國際電報電話委員會TCP/IP: 傳輸控制協(xié)議/IPIEEE: 美國電氣和電子工程師協(xié)會IETF: 互聯(lián)網(wǎng)工程任務組ITU: 國際電信聯(lián)盟MPLS-TP: 傳送多協(xié)議標記交換USEnet: 新聞組WWW: 萬維網(wǎng)2 網(wǎng)絡技術(shù)競爭階段(19701993)2.1 電信數(shù)據(jù)網(wǎng)20世紀60年代是數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展初期，當時的數(shù)據(jù)終端沒有智能化，電信部門所能提供的網(wǎng)絡是模擬電話網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)通信是在模擬線路上進行的，傳輸質(zhì)量差，噪聲干擾大。20世紀70年代出現(xiàn)了低速時分多路復用器和調(diào)制解調(diào)器，這個時期的數(shù)據(jù)通信通過公用

13、電話網(wǎng)進行，傳輸質(zhì)量有所提高。20世紀70年代末出現(xiàn)的分組交換技術(shù)X.252采用了統(tǒng)計復用技術(shù)，大大提高了通信線路的利用率、可靠性和質(zhì)量，在相當一長段時間內(nèi)成為了數(shù)據(jù)通信的主流，在全世界范圍內(nèi)也大規(guī)模建設了基于X.25的電路交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)。隨著局域網(wǎng)的發(fā)展，基于X.25的電路交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)成為世界范圍的“互聯(lián)網(wǎng)”。20世紀70年代中期，美國已經(jīng)出現(xiàn)了用戶對高速優(yōu)質(zhì)專線業(yè)務的需求，美國AT&T公司開始向用戶提供數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)業(yè)務。隨著傳輸網(wǎng)絡的數(shù)字化發(fā)展和改造，由最初的模擬線路、偽同步數(shù)字網(wǎng)(PDH)再到同步數(shù)字網(wǎng)(SDH)，DDN以其靈活的接入方式和相對較短的網(wǎng)絡延遲，受到了世界

14、各地用戶的歡迎，曾一度得到了廣泛的發(fā)展。直到進入21世紀，才逐步被其它技術(shù)所替代。20世紀80年代，產(chǎn)生了綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)技術(shù)。但由于ISDN標準化的過程太慢，以及異步傳遞模式(ATM)、幀中繼(FR)和IP等技術(shù)的興起，ISDN逐步成為一種典型的窄帶接入技術(shù)。進入20世紀80年代，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務進一步發(fā)展以及網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量的改善，基于X.25的分組交換網(wǎng)絡暴露出很多缺點，無法適應當時的業(yè)務發(fā)展需求。幀中繼和ATM技術(shù)作為X.25的改善型技術(shù)被提出，尤其是ATM技術(shù)在當時被認為是寬帶ISDN(B-ISDN)的承載技術(shù)而得到了大力的發(fā)展，ATM骨干網(wǎng)絡替代了X.25網(wǎng)絡成為互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡

15、。ATM的出現(xiàn)使得端到端的高速、有服務質(zhì)量(QoS)保證的數(shù)據(jù)業(yè)務成為可能，但ATM最終沒能取代IP進入用戶桌面應用。進入21世紀后，隨著技術(shù)的發(fā)展，路由器技術(shù)在吸取了ATM技術(shù)的精髓之后獲得了技術(shù)性的突破，吉比特線速轉(zhuǎn)發(fā)的路由器被研發(fā)成功，光傳輸技術(shù)的發(fā)展使得以太網(wǎng)在單模光纖上的傳輸距離最大可以達到600km以上。因此，IP網(wǎng)絡逐漸取代ATM網(wǎng)絡成為互聯(lián)網(wǎng)的主體網(wǎng)絡，ATM則逐漸退出歷史舞臺。2.2 計算機網(wǎng)絡1946年第一臺數(shù)字計算機問世時，還沒有計算機通信的概念。最早的計算機通信網(wǎng)是面向終端的聯(lián)機系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)是一臺主機通過物理線路連接多臺終端。一方面，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，多主機間進行通信

16、從而構(gòu)成一個分布式的系統(tǒng)共享信息，成為一個越來越強烈的需求；另一方面，人們早就意識到與所有用戶間設立連接線路的技術(shù)路線非常不經(jīng)濟，不適于計算機通信。1969年包交換技術(shù)在美國阿帕網(wǎng)(ARPANET)投入運行，雖然當時只有4個節(jié)點，但已經(jīng)奠定了計算機網(wǎng)的基本型態(tài)與功能。1973年，英國的NPL也開通了分組交換試驗網(wǎng)。此外，法國也于1973年開通了CYCLADES試驗網(wǎng)，首次引入了通過終端（而不是網(wǎng)絡）來保證數(shù)據(jù)有效傳送的概念，這一思想被互聯(lián)網(wǎng)后來的核心技術(shù)傳輸控制協(xié)議/IP(TCP/IP)繼承了下來，影響了整個互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。歐美國家為分組技術(shù)建立的試驗網(wǎng)，培養(yǎng)了大量的研究人員與工程技術(shù)人員，這些

17、都成為后來計算機網(wǎng)絡發(fā)展的基礎。1974年，IBM提出了一個私有系統(tǒng)網(wǎng)絡體系(SNA)，對計算機網(wǎng)絡功能嚴格按照功能進行了層次的劃分。計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，是計算機網(wǎng)絡理論上的一個飛躍，大大加快了計算機網(wǎng)絡研發(fā)的工作。在當時不同廠家，有著不同的體系結(jié)構(gòu)，為了建立一個統(tǒng)一的計算機網(wǎng)絡體系，國際標準化組織(ISO)在1977年成立機構(gòu)研究這個問題，在SNA基礎上提出一個著名的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI/RM)3，這是一個復雜且完備的模型，出現(xiàn)在當前各個計算機網(wǎng)絡教材中以幫助理解計算機網(wǎng)絡的基本原理與概念。但由于OSI模型過于復雜也難以實現(xiàn)，使得它停留在了只是一個“參考模型”的地位上。SNA的

18、出現(xiàn)與OSI參考模型的推出，也意味著計算機網(wǎng)絡進入了一個私有協(xié)議與公開標準互相競爭的時代。這一時代一直到互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)才最終結(jié)束，公開標準全面勝出。計算機網(wǎng)絡從20世紀60年代末至今，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，也有很多被淘汰，多種技術(shù)的競爭推動了互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)、發(fā)展與普及。其中，有2種技術(shù)對互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)有著非常深刻的影響并且延續(xù)到今天(已經(jīng)超過了35年的生命期，并且沒有停止使用的跡象)：一個是實現(xiàn)單個實驗室和企業(yè)內(nèi)部計算機連接的、以以太網(wǎng)為代表的局域網(wǎng)技術(shù)；另一個是可以實現(xiàn)跨地域和跨異構(gòu)網(wǎng)絡通信的、以TCP/IP技術(shù)4為代表的廣域網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)。3 網(wǎng)絡技術(shù)IP化時代(19942008)在20世紀90年代以前

19、，人們就在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上開發(fā)出了很多業(yè)務和應用，包括圖文傳送、文件傳輸協(xié)議(FTP)、電子郵件、公告牌(BBS)、新聞組、電子游戲以及信息服務系統(tǒng)等。但總的看來，應用種類相對較少，業(yè)務使用價格比較高，技術(shù)的不統(tǒng)一也導致互通困難，網(wǎng)絡規(guī)模較小，使用范圍有限。進入20世紀90年代以后，隨著萬維網(wǎng)(WWW)技術(shù)的誕生，IP技術(shù)毫無爭議的成為數(shù)據(jù)通信的核心技術(shù)。1994年，在美國允許商業(yè)資本介入及用戶需求的推動下，IP技術(shù)從實驗室走出并且開始起飛，進入到了社會化應用的階段。這一時期IP技術(shù)的應用呈現(xiàn)出2個明顯的階段性特點5：社會化應用的初期階段（19942001年）。1994年，美國允許商業(yè)資本介入，互

20、聯(lián)網(wǎng)從實驗室進入了面向社會的商用時期。WWW技術(shù)的發(fā)明，將互聯(lián)網(wǎng)上浩如煙海的各類信息組織在一起，通過瀏覽器的圖形化界面呈現(xiàn)給用戶，大大降低了信息交流和共享的技術(shù)門檻。這一階段，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以網(wǎng)絡的擴張、用戶的增加和大批網(wǎng)站的出現(xiàn)為主，主要應用于瀏覽網(wǎng)頁和收發(fā)電子郵件等。由于商用初期的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)沒能找到有效的盈利模式，以及過度的投機行為，最終導致了世紀之交全球性“網(wǎng)絡泡沫”的出現(xiàn)與破滅。社會化應用的發(fā)展階段（2001年2008年）。進入21世紀，寬帶、無線移動通信等技術(shù)的發(fā)展，為互聯(lián)網(wǎng)應用的豐富和拓展創(chuàng)造了條件。在網(wǎng)絡規(guī)模和用戶數(shù)量持續(xù)增加的同時，互聯(lián)網(wǎng)開始向更深層次的應用領域擴張。以博客、播客

21、等為代表的具有自組織、個性化特性的第二代萬維網(wǎng)（Web2.0）新技術(shù)、新應用使普通用戶可以成為互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的提供者，激發(fā)了公眾參與的熱情，網(wǎng)絡內(nèi)容日益繁榮，為互聯(lián)網(wǎng)今后的進一步發(fā)展提供了更廣闊的空間?！白屓巳藚⑴c互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新和發(fā)展”是IP技術(shù)能夠戰(zhàn)勝其它所有網(wǎng)絡技術(shù)的核心原因，這其中包含以下4個方面：“智能終端傻網(wǎng)絡”的先進技術(shù)理念；技術(shù)和標準的開放性，開源軟件的大力支持；市場驅(qū)動下的應用創(chuàng)新；美國政府的支持和資本市場的追捧。4 后IP時代展望(2009)互聯(lián)網(wǎng)是一個“尚未完成的技術(shù)實驗”，是一個因為早期過于成功，加上各種政治和經(jīng)濟原因而“過早”推向市場的“技術(shù)半成品”，導致互聯(lián)網(wǎng)諸多問題長期以

22、來難以克服。2009年已經(jīng)成為新型網(wǎng)絡技術(shù)的“轉(zhuǎn)折年”，因為每一次國際金融危機都會帶來一場科技的革命，或者說大的變革。2009年，為了應對金融危機，各國對互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略性地位認識更加深入。一方面，世界各國紛紛將網(wǎng)絡基礎設施建設納入經(jīng)濟刺激計劃之中，以提高網(wǎng)絡覆蓋率，推動網(wǎng)絡基礎設施升級。比如，美國奧巴馬政府設立了72億美元資金支持寬帶發(fā)展；歐盟初步提出了10億歐元以推動農(nóng)村地區(qū)寬帶發(fā)展；澳大利亞推出了430億澳元國家寬帶網(wǎng)（NBN）計劃；新西蘭政府推出8.87億美元的計劃等。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)與其他產(chǎn)業(yè)深度融合，新一輪產(chǎn)業(yè)革命即將到來。比如，美國奧巴馬政府要把美國打造成“世界寬帶燈塔”，繼續(xù)保持在

23、網(wǎng)絡技術(shù)領域的領先地位，“智慧地球”成為美國科技的主攻方向；歐盟發(fā)布“數(shù)字紅利”和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略；日本推出“i-Japan”計劃，推動公共部門信息化應用；韓國公布“綠色IT國家戰(zhàn)略”，利用信息技術(shù)推動節(jié)能減排。網(wǎng)絡信息產(chǎn)業(yè)成為未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。在中國，信息網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會、推進兩化融合的“發(fā)動機”，是提升國民經(jīng)濟整體素質(zhì)和競爭力的重要指數(shù)。2009年后，向“后IP”時代演進的方式大致有“改良”、“整合”和“革命”3種思路5?！案牧肌彼悸氛J為，考慮到現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的巨大存量，可以利用新技術(shù)對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)進行修補，例如地址翻譯、資源控制、安全監(jiān)控和IPv6技術(shù)等可視為其代表性技術(shù)。“革命”思路認為，改良性的修補只會讓互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展負擔更重，是短視的，因此需要確定一個長期的目標來設計全新的互聯(lián)網(wǎng)，比如美國麻省理工學院的FARA 模型、加州大學的I3網(wǎng)絡、美國國家科學基金會的GENI計劃等。改良型與革命型技術(shù)路線的主要區(qū)別在于是否沿用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。“整合”思路認為，對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接進行零敲碎打式的修補無法真正解決問題，但對互聯(lián)網(wǎng)進行徹底革新還需要一個很長的過程。面對迫切需要解決的各種問題，應當尋求一個介于零星修補和徹底革新之間的折衷方案，即做系統(tǒng)性的、大范圍的、整體性的修補?；ヂ?lián)網(wǎng)采用“覆蓋”