2022年网络技术发展历程 .pdf

40 年网络技术发展历程40 Years of Network Technology Development 何宝宏 /HE Baohong1于群 /YU Qun2(1. 工业与信息化部电信研究院互联网中心，北京100191；2. 中国联合网络通信有限公司网管中心，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 Communications Company Limited, Beijing 100140, China)中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1009-6868 (2010) S0-0000-00基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划 )课题 (2008AA01A301) 摘要：网络信息产业是未来战略性新兴产业之一，它的发展是提升国民经济整体素质和竞争力的重要指数， 世界各国纷纷将网络基础设施建设纳入经济刺激计划之中。文章将网络技术的发展历程划分为准备、竞争、融合和转折4 个时期， 分别分析、总结了不同发展阶段的特点和经验教训。 文章指出互联网与其他产业结合是未来网络信息产业发展趋势，新一轮产业革命即将到来。关键词：网络技术；数据通信；X.25 OSI/RM IP；互联网；万维网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 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 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 “网络技术”又称“计算机通信”或“数据通信”，主要研究的是安全、可靠和高效地传递计算机或其它设备产生的数据信号。“数据信号”是相对于传统电信中的“话音信号”和传统广播电视中的“视频信号”而言。因为在网络技术诞生前，话音和视频都是模拟信号，数据信号多为计算机产生的数字化信号，并且呈现出与话音和视频信号诸多不同的传输特点。古代数据通信主要以声光为载体，例如旗语和击鼓等，只能在可视或可听的短距离内传输，可靠性差、速度慢、保密性低。由于缺乏现代数据通信中的“信令平面”，可以传递的信息名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 只能事先约定好并且无法实时协商，导致可传递的信息量很少。当然， 中国古代的烽火通信系统相当发达，已经具备了现代数据通信中“中继”的概念，可以将少量军情信息快速“中继”到首都甚至全国各地。但因仍没有“信令平面”， “周幽王烽火戏诸侯”才得以上演成一场历史“悲剧” 。当电替代声光作为信息载体之后，远距离和大数据量的快速信息传递才得以实现。首先是可传送少量文字信息的电报网的出现。19世纪 30年代，由于铁路迅速发展，迫切需要一种不受天气影响并且比火车跑得快的通信工具，这是促进电报产生的社会基础。1838年，美国人塞缪尔莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse）发明了莫尔斯电码，以点和划形式传递离散的文本信息， 被认为是现代数据通信的原型，开启了电子通信时代的新纪元。电报网通信方式简单，内容单一，可传送的信息量也少。人们在使用电报网传递文字信息的几十年后，新闻业和摄影业等对远距离传送图片的需求不断增加。 1843年，英国发明家亚历山大贝恩（Alexander Bain）就已经发明了传真技术，但直至 20世纪初，随着图片传送需求的增加，法国摄影协会成员爱德华贝兰 （ Edward Berlin）制成了相片传真机之后，传真才开始在商业上规模化应用。1925年，美国电报电话公司的贝尔研究所研制出相片传真机并在电报网上使用。由于电报网的传输速度和普及范围所限，传真只应用在新闻、军事、 公共安全和医疗等特殊部门。为了扩大传真的使用范围，1968年美国率先在公用电话网上开放传真业务，世界各国相继利用电话网开展传真业务。自此， 传真开始了大发展阶段。与此同时， 电报这一最早的现代数据通信技术，在经过多年的混乱竞争之后，因在传递图片的业务上没有发展等原因而陨落。传真技术在 20世纪 80年代中期达到了巅峰，成为普通办公环境中不可缺少的工具。但是近年来随着互联网上电子邮件和网络传真技术的快速发展和应用，传统传真业务呈大幅下降趋势，仅在某些特殊的场景下具有不可取代的位置。1 网络技术理论准备阶段(1960 1970) 20世纪 60年代， 随着计算机日益广泛的应用，产生了计算机之间大规模数据通信的需求。最初的计算机通信都是通过拨号联网，基于电话网和调制解调器实现的。传输速度低、 可靠性差，效率低，价格高(大容量廉价的光通信技术当时还没有出现)。这种基于电话网的、通过调制解调器方式的数据通信模式(类似电话网的传真模式)，根本无法满足未来计算机大规模组网和突发式、多速率通信的需求。20世纪 60年代，美国兰德公司（Rand）的 Paul Baran，英国国家物理实验室(NPL)的 Donald Davies和麻省理工学院的博士生Leonard Kleinrock， 从不同的角度提出了目前被称为“包交换”的网络技术1。包交换技术将用户传送的数据分成若干比较短的、标准化的“分组”（或称包）进行交换和传输，每个分组由用户数据以及必要的地址和控制信息组成，从而保证网络能够将数据传递到目的地。分组交换是以分组为单位进行存储、转发的。 分组到达交换机后，先存储在交换机中，当所需要的输出电路空闲时，再将该分组发送接收端。这种思想完全不同于电话网所采用的电路交换技术： 电话网用户通话前先建立连接，通话时独占资源。 包交换技术目前已经成为数据、话音和视频通信的共用技术。20世纪 60年代，计算机界和电信业都意识到了这一新技术的历史意义。计算机界从需求的角度意识到： 网络技术将成为计算机最重要的功能之一，是计算机技术发展的必然；而电信业从供给的角度意识到：计算机通信将是继话音通信之后，又一种前景广阔的电信“增值”业务，是电信技术发展的必然。由于不同的利益诉求、技术背景、 人员结构和政策环境等，再加上各种政治斗争和国家利益，导致了计算机界和电信业在网络技术方面长达30余年的技术路线之争， 电信数据网和计算机网络的技术发展方向分道扬镳，直到近年来才走向了“融合”。20世纪 60年代后网络技术的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 简单发展历程，如图1所示。CCITT X.25建议发布（1976）USEnet形成（ 1980）域名服务出现（ 1984） IEEE通过快速以太网标准（1995）1990包交换技术理论提出（1966）ARPANet诞生（1969）ASCII发明（ 1963）包交换技术的基本原理提出（1961）IETF成立MPLS工作组（ 1997）MPLS-TP 标准化开始（ 2008）首台传真机出现（ 1925）分组通信概念出现首个 X.25网络（ 1972）首封电子邮件发出（1972）以太网发明（1973）莫尔斯电码发明（1838）首份莫尔斯电码电报发出（ 1844）CCITT 帧中继建议发布（ 1984） ITU 第一个 ATM建议发布（1988）WWW发明（1991）20081961TCP/IP协议发布（1974）图形化浏览器发明（1993）电信级以太网提出（ 2005）图1 网络技术发展简单历程APPA Net: 阿帕网ASCII: 美国信息互换标准代码ATM: 异步传递模式CCITT: 国际电报电话委员会TCP/IP: 传输控制协议/IP IEEE: 美国电气和电子工程师协会IETF: 互联网工程任务组ITU: 国际电信联盟MPLS-TP: 传送多协议标记交换USEnet: 新闻组WWW: 万维网2 网络技术竞争阶段(1970 1993) 2.1 电信数据网20世纪 60年代是数据通信技术的发展初期，当时的数据终端没有智能化，电信部门所能提供的网络是模拟电话网络，数据通信是在模拟线路上进行的，传输质量差，噪声干扰大。20世纪 70年代出现了低速时分多路复用器和调制解调器，这个时期的数据通信通过公用电话网进行，传输质量有所提高。20世纪 70年代末出现的分组交换技术X.252采用了统计复用技术，大大提高了通信线路的利用率、可靠性和质量， 在相当一长段时间内成为了数据通信的主流，在全世界范围内也大规模建设了基于X.25的电路交换公众数据网。随着局域网的发展，基于 X.25的电路交换公众数据网成为世界范围的“互联网”。20世纪 70年代中期，美国已经出现了用户对高速优质专线业务的需求，美国AT&T公司开始向用户提供数字数据网(DDN)业务。随着传输网络的数字化发展和改造，由最初的模拟线路、伪同步数字网 (PDH)再到同步数字网(SDH)， DDN以其灵活的接入方式和相对较短的网络延迟，受到了世界各地用户的欢迎，曾一度得到了广泛的发展。直到进入 21世纪，才逐步被其它技术所替代。20世纪 80年代，产生了综合业务数字网(ISDN)技术。但由于ISDN标准化的过程太慢，以及异步传递模式 (ATM)、帧中继 (FR)和IP等技术的兴起，ISDN逐步成为一种典型的窄带接入技术。进入 20世纪 80年代， 随着数据业务进一步发展以及网络传输质量的改善，基于 X.25的分组交换网络暴露出很多缺点，无法适应当时的业务发展需求。帧中继和ATM技术作为 X.25的改善型技术被提出，尤其是ATM技术在当时被认为是宽带ISDN(B-ISDN) 的承载技术而得到了大力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 的发展， ATM骨干网络替代了X.25网络成为互联网的骨干网络。ATM的出现使得端到端的高速、有服务质量(QoS)保证的数据业务成为可能，但ATM最终没能取代IP进入用户桌面应用。进入 21世纪后， 随着技术的发展，路由器技术在吸取了ATM技术的精髓之后获得了技术性的突破，吉比特线速转发的路由器被研发成功，光传输技术的发展使得以太网在单模光纤上的传输距离最大可以达到600km以上。因此， IP网络逐渐取代ATM网络成为互联网的主体网络，ATM则逐渐退出历史舞台。2.2 计算机网络1946年第一台数字计算机问世时，还没有计算机通信的概念。最早的计算机通信网是面向终端的联机系统， 结构是一台主机通过物理线路连接多台终端。一方面， 随着计算机技术的发展，多主机间进行通信从而构成一个分布式的系统共享信息，成为一个越来越强烈的需求；另一方面， 人们早就意识到与所有用户间设立连接线路的技术路线非常不经济，不适于计算机通信。1969年包交换技术在美国阿帕网(ARPANET) 投入运行， 虽然当时只有 4个节点， 但已经奠定了计算机网的基本型态与功能。1973年，英国的 NPL 也开通了分组交换试验网。此外，法国也于1973年开通了 CYCLADES 试验网，首次引入了通过终端（而不是网络）来保证数据有效传送的概念，这一思想被互联网后来的核心技术传输控制协议/IP(TCP/IP)继承了下来，影响了整个互联网的发展。欧美国家为分组技术建立的试验网，培养了大量的研究人员与工程技术人员，这些都成为后来计算机网络发展的基础。1974年，IBM提出了一个私有系统网络体系(SNA)，对计算机网络功能严格按照功能进行了层次的划分。 计算机网络体系结构的出现，是计算机网络理论上的一个飞跃，大大加快了计算机网络研发的工作。在当时不同厂家，有着不同的体系结构，为了建立一个统一的计算机网络体系，国际标准化组织(ISO)在1977年成立机构研究这个问题，在SNA基础上提出一个著名的开放系统互联参考模型(OSI/RM)3，这是一个复杂且完备的模型，出现在当前各个计算机网络教材中以帮助理解计算机网络的基本原理与概念。但由于 OSI模型过于复杂也难以实现，使得它停留在了只是一个“参考模型” 的地位上。 SNA的出现与 OSI 参考模型的推出，也意味着计算机网络进入了一个私有协议与公开标准互相竞争的时代。这一时代一直到互联网的出现才最终结束，公开标准全面胜出。计算机网络从 20世纪 60年代末至今， 新的技术不断出现，也有很多被淘汰，多种技术的竞争推动了互联网的出现、发展与普及。其中，有2种技术对互联网的出现有着非常深刻的影响并且延续到今天(已经超过了 35年的生命期，并且没有停止使用的迹象)：一个是实现单个实验室和企业内部计算机连接的、以以太网为代表的局域网技术；另一个是可以实现跨地域和跨异构网络通信的、以TCP/IP 技术4为代表的广域网互联技术。3 网络技术IP 化时代 (1994 2008) 在20世纪 90年代以前， 人们就在数据通信网上开发出了很多业务和应用，包括图文传送、 文件传输协议 (FTP) 、电子邮件、公告牌(BBS) 、新闻组、电子游戏以及信息服务系统等。但总的看来，应用种类相对较少，业务使用价格比较高，技术的不统一也导致互通困难，网络规模较小，使用范围有限。进入 20世纪 90年代以后，随着万维网(WWW)技术的诞生， IP技术毫无争议的成为数据通信的核心技术。 1994年，在美国允许商业资本介入及用户需求的推动下，IP技术从实验室走出并且开始起飞，进入到了社会化应用的阶段。这一时期IP技术的应用呈现出2个明显的阶段性特点5：社会化应用的初期阶段（19942001年） 。1994年，美国允许商业资本介入，互联网从实验室进入了面向社会的商用时期。WWW技术的发明，将互联网上浩如烟海的各类信息组织在一起， 通过浏览器的图形化界面呈现给用户，大大降低了信息交流和共享的技术门槛。这一名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 阶段， 互联网的发展以网络的扩张、用户的增加和大批网站的出现为主，主要应用于浏览网页和收发电子邮件等。由于商用初期的互联网企业没能找到有效的盈利模式，以及过度的投机行为，最终导致了世纪之交全球性“网络泡沫”的出现与破灭。社会化应用的发展阶段（2001年 2008年） 。进入 21世纪，宽带、无线移动通信等技术的发展，为互联网应用的丰富和拓展创造了条件。在网络规模和用户数量持续增加的同时，互联网开始向更深层次的应用领域扩张。以博客、 播客等为代表的具有自组织、个性化特性的第二代万维网（ Web2.0）新技术、新应用使普通用户可以成为互联网内容的提供者，激发了公众参与的热情，网络内容日益繁荣，为互联网今后的进一步发展提供了更广阔的空间。“让人人参与互联网的创新和发展”是IP技术能够战胜其它所有网络技术的核心原因，这其中包含以下 4个方面：“智能终端傻网络”的先进技术理念；技术和标准的开放性，开源软件的大力支持；市场驱动下的应用创新；美国政府的支持和资本市场的追捧。4 后 IP 时代展望 (2009 ) 互联网是一个“尚未完成的技术实验”，是一个因为早期过于成功，加上各种政治和经济原因而“过早”推向市场的“技术半成品”，导致互联网诸多问题长期以来难以克服。2009年已经成为新型网络技术的“转折年”，因为每一次国际金融危机都会带来一场科技的革命，或者说大的变革。2009年，为了应对金融危机，各国对互联网的战略性地位认识更加深入。一方面，世界各国纷纷将网络基础设施建设纳入经济刺激计划之中，以提高网络覆盖率，推动网络基础设施升级。比如， 美国奥巴马政府设立了72亿美元资金支持宽带发展；欧盟初步提出了10亿欧元以推动农村地区宽带发展；澳大利亚推出了430亿澳元国家宽带网（NBN）计划；新西兰政府推出 8.87亿美元的计划等。另一方面，互联网与其他产业深度融合，新一轮产业革命即将到来。比如，美国奥巴马政府要把美国打造成“世界宽带灯塔”，继续保持在网络技术领域的领先地位，“智慧地球”成为美国科技的主攻方向；欧盟发布“数字红利”和物联网发展战略；日本推出“i-Japan”计划，推动公共部门信息化应用；韩国公布“绿色IT国家战略”，利用信息技术推动节能减排。网络信息产业成为未来战略性新兴产业之一。在中国， 信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会、推进两化融合的“发动机”，是提升国民经济整体素质和竞争力的重要指数。2009年后，向“后 IP”时代演进的方式大致有“改良”、 “整合”和“革命”3种思路5。 “改良”思路认为， 考虑到现有互联网的巨大存量，可以利用新技术对现有互联网进行修补，例如地址翻译、资源控制、安全监控和IPv6技术等可视为其代表性技术。“革命”思路认为，改良性的修补只会让互联网的发展负担更重，是短视的， 因此需要确定一个长期的目标来设计全新的互联网，比如美国麻省理工学院的FARA 模型、加州大学的I3网络、美国国家科学基金会的 GENI 计划等。改良型与革命型技术路线的主要区别在于是否沿用现有互联网的体系结构。 “整合” 思路认为， 对现有互联网技术直接进行零敲碎打式的修补无法真正解决问题，但对互联网进行彻底革新还需要一个很长的过程。面对迫切需要解决的各种问题，应当寻求一个介于零星修补和彻底革新之间的折衷方案，即做系统性的、大范围的、整体性的修补。互联网采用 “覆盖” 的方法设计了路由器网络，覆盖在各种需要互联的异构网络之上，因此其本身是一种重叠网。互联网还处于发展的初级阶段。关于互联网技术的未来，未知远大于已知。5 参考文献1 Packet switching EB/OL. 2010-04-09. http:/en.wikipedia.org/wiki/Packet-switched. 2 CCITT X.25. Interface between Data Terminal Equipment (DTE) and Data Circuit-terminating Equipment (DCE) for Terminals Operating in the Packet Mode and Connected to Public Data 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - Networks by Dedicated Circuit S. 1976. 3 OSI/ITU-T. Open Systems Interconnection (OSI) protocols S. 1977. 4 IETF RFC 1122. Requirements for Internet Hosts - Communication layers S. 1989. 5 信息产业部电信研究院. 互联网技术发展白皮书，第一卷：发展脉络与体系架构J. 世界电信 , 2007,20(7): 8-13. 收稿日期： 2010-03-15作者简介何宝宏， 工业和信息化部电信研究院互联网研究领域主席、通信标准研究所多媒体研究室主任、中国通信标准化协会IP与多媒体工作委员会副主席、ITU-T Q24/16 报告人；长期从事互联网技术、标准、产业和政策等研究；已主导完成国际标准10 余项，发表文章60 余篇。于群，北京理工大学计算机应用硕士毕业，现供职于中国联通网络通信有限公司网络分公司，负责联通互联网骨干网络的运行维护工作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -