Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的发展及其相关技术1

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ作为世界上最大的计算机互联网，目前已发展成为世界范围的信息高速公路。

    其网上丰富的信息资源已广泛地被文化教育、科研、商业以及娱乐业所采用，

正日益发挥着巨大的作用。本刊自本期起，将分３期连载介绍Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的应用

    及其相关技术，内容主要有：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协议、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ提供的服务、ＷＷＷ、Ｉｎｔｒａｎｅｔ、Ｅｘｔｒａｎｅｔ及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的发展。

１ 引言

    广域网（ＷＡＮ）不断发展，最终演变为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，信息高速公路开始发展。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ最基本的形式是一个由许多子网组成的世界范围的网络，并且Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的扩展速度也十分惊人。

    连在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的计算机各种各样，有ＰＣ机、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ机、ＩＢＭ主机、巨型机等。用户有各部门、单位和个人，而Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的每个用户都有着自己的应用目的。

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ始于１９６９年，最早的网是高级研究计划署管理网络（ＡＲＰＡＮＥＴ），是国防部的一个项目。ＡＲＰＡＮＥＴ是在８０年代早期开发出来帮助美国国防工业领域的研究者与其它国家进行联系。当时的目标之一是设法提高网络的可靠性。因为ＡＲＰＡＮＥＴ在计算机之间提供了许多路由，所以该网上计算机可以通过任何一个可用的路由来传递消息，而不是只能通过一个固定路由。

    １９７１年的ＡＲＰＡＮＥＴ还只是一个由几台计算机组成的小网络，到１９８４年连入的计算机已超过１ ０００台。１９８６年，美国国家科学基金会建立了ＮＳＦＮＥＴ，为研究机构提供网络连接。不久，ＮＳＦＮＥＴ成为Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ的新主干。到１９９０年，ＡＲＰＡＮＥＴ已经解体，而Ｉｎｔｅｒｎｅｔ则经由ＮＳＦＮＥＴ继续发展。今天，商业性网络运行在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上，并扩展成为一个可以为全球提供无数即时存取服务的网络。

    总体上来说，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ相当复杂，但它的主要组成部分并不多，一般包括这３部分：物理网络、通信协议以及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的物理网络是由许多计算机组成的，这些计算机由路由器和电缆链接起来，像一个统一的处理器一样一起工作。计算机间的通信可以简单地通过称为协议的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ语言来实现。协议决定了一个数据文件的数据被传输时的所有变化。而处理器间则是通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用程序来交换数据。

２ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协议

    用于计算机间通信的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协议由３个层次组成：网络、传输和应用程序。网络协议协调信息传输；传输协议负责数据的完整性；应用程序协议格式化数据以便于传输。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中用于将信息从一台计算机送到另一台计算机的协议称为ＩＰ。ＩＰ协议中的信息以分组的形式传输。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中有两个用来协调网络传输正确性的协议：传输控制协议（ＴＣＰ）和用户数据报协议（ＵＤＰ）。传输协议判断分组是否到达了目的地，如果已到达，协议将分组按正确顺序排放。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中有许多应用程序，而每一个都有它自己的应用程序协议。在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中，ＴＣＰ和ＩＰ协议习惯上放在一起统称为ＴＣＰ／ＩＰ协议。

２．１ ＴＣＰ／ＩＰ协议

    ＴＣＰ／ＩＰ协议是支持Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的基本通信协议，是计算机和通信设备组成网络的许多协议中的两个。ＴＣＰ负责数据的流量控制，并保证传输的正确性；ＩＰ负责将数据从一处传往另一处。ＴＣＰ／ＩＰ协议具有广泛的兼容性和可伸缩性，可连接不同的计算机网络协议和不同的网络设备。

ＴＣＰ／ＩＰ协议采用４层结构，与之相对应，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ体系结构也可分为如下４层：

  （１）应用层

    该层对上提供所谓网络服务，是ＴＣＰ／ＩＰ协议的关键。它与ＯＳＩ模型有较大区别，也没有明确的层次划分。其中，该层上的文件传输协议（ＦＴＰ）、远程登录（Ｔｅｌｎｅｔ）、简单邮件传输协议（ＳＭＴＰ）、域名服务协议（ＤＮＳ）都是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上广泛应用的协议。

  （２）传输层

    传输层的目的是在计算机间建立端到端的连接和服务。它可以在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ进程之间提供可靠、有效的端到端传输服务。ＴＣＰ／ＩＰ在这一层提供了支持ＴＣＰ、ＵＤＰ和ＮＶＰ等协议的服务。

.    ＴＣＰ提供可靠的数据流服务。ＴＣＰ的主要功能是在两个主机间提供数据连接。连接管理分为３个阶段：连接建立、连接维护、连接终止。为了保证ＴＣＰ可靠服务，ＴＣＰ还具有一些功能如确认、流控制、复用同步等。

    .ＵＤＰ使发送方可以区分一台计算机上的多个接受者，因此使得在两个用户进程之间传输数据报成为可能。ＵＤＰ也依靠ＩＰ协议传送报文。

.ＮＶＰ协议是用于传送数字化语音的协议。

  （３）网络层

    网络层的功能主要由ＩＰ协议来提供。它除了提供端到端的分组分发功能外，还提供了很多功能，例如标识网络号及主机结点号的地址功能。为了克服数据链路层帧大小的限制，还提供了数据分块、重组功能、路由选择、拥塞、流量控制，使较大的ＩＰ数据报以较小的分组在网上传输。ＩＰ的另一项重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络。

     网络层协议主要由以下３部分组成：

.    互联网控制报文协议（ＩＣＭＰ）。由于ＩＰ提供的是一种不可靠的无连接报文分组传送服务，因此，若路由器或主机发生故障，则会使网络拥塞，这需要通知发送主机采取相应措施。为此，采用ＩＣＭＰ加入了一类特殊用途的报文机制。如果一个分组不能传送，ＩＣＭＰ便警告分组源。ＩＣＭＰ也可用来报告网络拥塞，它是ＩＰ正式协议的一部分。

.    地址转换协议（ＡＲＰ）。在ＴＣＰ／ＩＰ网络环境下，每个主机都分配了一个３２位ＩＰ地址，这种互联网地址是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网上传送，必须知道彼此的物理地址。这就要把互联网地址变换为物理地址，例如：在以太网环境下，为了正确地向目的站传送报文，必须将目的站的３２位ＩＰ地址转换成４８位以太网目的地址（ＤＡ）。

.    反向地址转化协议（ＲＡＲＰ）。当某站点初始化后，它只有自己的物理网络地址，而没有ＩＰ地址，这时可以通过ＲＡＲＰ协议，发出广播请求，征询自己的ＩＰ地址，由ＲＡＲＰ服务器负责回答这个问题。ＲＡＲＰ协议广泛用于无盘工作站以获取ＩＰ地址。

  （４）网络接口层

    ＴＣＰ／ＩＰ没有定义物理层和链路层的标准，而是通过网络接口层“访问”具体网络，即灵活地支持多种物理层和链路层协议，使它不仅适用于各种广域网，也可嵌入到各种局域网（ＬＡＮ）中，这些不同的网络实体构成了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的子网层。独立的计算机系统也正是处于这一体系结构的底部子网层上。

    ＩＰ协议需要标明传输的目的地。在ＩＰ协议下，联网的每一个网络和每一台计算机都有一个固定的地址。

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的地址为３２位，分为４个８位数来指示计算机和它所在的局域网。地址中的这４个字节（每个字节为８位）由小数点来区分（如１５５．２２２．８．１９）。要指示一个网络地址或一个主机地址，由第一个字节的值来决定，第一个字节的值有一个标准范围，其值决定了ＩＰ地址的组成。在这个地址中，字节１和字节２代表了网络，字节３和字节４代表主机。网络部分在局域网向Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ网络信息中心（ＮＩＣ）注册一个Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接时指定。ＮＩＣ给局域网的管理者指定一个Ｉｎｔｅｒｎｅｔ地址范围，管理者据此指定局域网中计算机主机的地址。

２．２ 域和位置透明性

     在ＴＣＰ／ＩＰ网络环境下，每台网上的计算机都必须分配一个３２位二进制的ＩＰ地址，该地址是在网际范围标识计算机的一种逻辑地址。ＩＰ地址完全用数字表示，既反映不出这个地址属于哪个部门，连在什么地区，也很不明显，并且很难记忆。为此，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中又设置了域名。域名使用一个容易记忆的字符串与一个ＩＰ地址相对应。按照Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ的域名管理系统（ＤＮＳ）的规定，域名的结构如下：计算机主机名．机构名．网络名．最高层域名。

将域名地址转换为ＩＰ地址是由域名服务器负责。域名服务器采用域名服务协议，以客户机／服务器方式工作，所以每一个子网上都有域名服务器。域名服务器负责本子网用户所需要的域名转换工作，当该服务器不知道域名时，可向上级域名服务器查询，所以，域名服务器构成了一个层次型的分布式数据库。

    许多情况下需要跟踪Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上远端数据库和系统的位置，但却同时要向用户和程序员提供“位置透明性”。“位置透明性”是指应用程序可以像使用本地数据一样使用几千米以外的数据。

     域名的概念在水平分割时尤其重要，在这种情况下，许多地方都保存着同名的数据列表。域名为Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ上所有独立的企业提供了一组逻辑意义上的位置。域名服务器用一些有涵义的规则代替了数字化ＩＰ地址后，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的强大功用才真正显示出来。例如，可以赋以ＩＰ地址如地址２２３．２２２．４５．７６一个别名“ｌｉｔｔｌｅｂｏｘ”，这样，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ用户可以直接利用Ｔｅｌｎｅｔ连接到“ｌｉｔｔｌｅｂｏｘ”地址上，而不必知道该用户确切的ＩＰ地址。

３ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ提供的服务

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的主干网建立后，就出现了许多用户能够方便使用的Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ服务。

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务范围包括：

（１）电子邮件（Ｅ－ｍａｉｌ）

    电子邮件使用最为广泛，利用它可以在计算机之间直接交换数据，可以传输文本文件、程序文件和摄影图片等。

（２）文件传输（ＦＴＰ）

    在不同场所间复制文件，利用ＦＴＰ协议，可以解决异种机和异种操作系统之间的文件传输。

（３）在其它机器上运行程序

    在远程计算机上运行程序，将相应的屏幕显示传送到本地计算机，并将本地计算机的输入传送到远程计算机，这称为远程对话或虚拟终端对话。在ＴＣＰ／ＩＰ中，通过Ｔｅｌｎｅｔ实现虚拟终端功能。

（４）查询文件和数据库

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的系统允许用户查询其它成千上万台机器上的文件和数据库。

（５）讨论组

    可用于发送几千个讨论内容，即“邮件清单”，还有电子公告板ＢＢＳ。

（６）游戏和交谈

    通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，既可以和世界各地的人实时对话，也可以一人或多人玩游戏，或加入模拟的政治事件和战争。

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上提供的服务主要有电子邮件、文件传输、通过Ｔｅｌｎｅｔ实现虚拟终端功能等多种形式。

    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上这些服务的提供主要采用客户机／服务器（Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ）或浏览器／服务器（Ｂｒｏｗｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ）结构，即网上的一台或者多台主机作为服务器提供应用功能。该服务器以后台工作方式启动相应服务的进程，等待用户（客户或浏览器）的请求。为了提供主机的响应能力，一旦接到用户的请求，服务器上的进程就派生一个子进程，并由该子进程完成用户的数据处理功能。同时，服务器上的进程继续等待其它用户的请求。

    由于不同的应用服务具有不同的特征，要求不同的应用服务协议支持，因此，不同的应用服务使用不同的服务程序，如文件传输服务称为ＦＴＰ服务器，浏览服务称为浏览器服务器等。这些不同的应用服务程序可以运行在同一台主机上，也可以运行在不同的主机上。

    客户机／服务器（Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ）结构可以帮助实现数据共享。客户机／服务器模型将一个应用程序的工作分为两个程序：一个客户程序和一个服务器程序，网络应用程序就在这样的客户机／服务器模型上运行。因为无须知道是谁访问了Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ上的数据，所以通常数据是被匿名访问的。

一个应用程序开始于客户端。客户端收集用户所需要的一切细节问题，然后客户程序通过网络与控制所需服务器程序来建立连接。

    客户机和服务器的对话通过应用程序协议接口（ＡＰＩ）来完成。客户端软件用与服务器相同的ＡＰＩ来格式化用户的请求。接着客户端用一个格式化信息程序调度这些请求，并将它通过网络送到服务器。服务器接收客户机的请求，寻找信息源，按照应用程序协议格式化结果，最后将响应传送给一个协议处理器，由它把需要的信息送回给客户机。

    在客户端，客户程序总是特定的，因为一个客户处理总是由一个用户请求触发。当然，客户机必须一直处于准备状态以随时响应用户请求，服务器程序总在运行，以便监听从各个指定的端口号送来的客户请求。

    客户机／服务器程序可以运行在相同的机器上，也可以运行在不同操作系统的不同机器上。它们还可以支持多网络协议。每一个客户程序都提供一个用户接口，可以被描述为只支持文本，也可以是一个像ＭＳ Ｗｉｎｄｏｗｓ一样，既支持文本又支持图形用户接口（ＧＵＩ）。为了能够访问连在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的数据存储器，客户程序必须在与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ相连的服务器上运行。

随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的广泛应用，原来基于局域网的企业开始采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术来构建自己的企业网（Ｉｎｔｒａｎｅｔ）。于是，一种新的结构模式，浏览器／服务器（Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖ-ｅｒ）结构应运而生，并且已获得飞速发展。浏览器／服务器结构以浏览器为客户端软件，以Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｅｒ为服务器软件。

    浏览器／服务器结构的优点是：跨平台、统一的浏览器端软件、瘦客户端结构、可无缝地联合使用数据库以及传送超文本、多媒体等多种形式的信息，以浏览器／服务器结构运行的Ｉｎｔｒａｎｅｔ易于设置、使用和管理。

４  ＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）

４．１ ＷＷＷ的起源

    ＷＷＷ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ有时被认为是同一种东西，实际上并不是这样。不过，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＷＷＷ已经结合成为一个强有力的、巨大的，可以在文本、图像和声音信息间提供连接的网络系统。如前所述，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ只是由一些计算机组成的物理网络。而ＷＷＷ是在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上存取各种信息时用到的所有协议和标准的集合。ＷＷＷ用特殊的工具检索Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ上的数据，可以把它看作Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的高层。

    ＷＷＷ是一个崭新的概念。虽然ＷＷＷ的出现还只有短短几年，但它已成为世界计算机领域的主要驱动力。ＷＷＷ中最基本的概念就是超文本链接——用于连接Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上各种信息存储区的程序。

    超文本其实并不是一个新概念，它在４０年代由一个叫Ｖａｎｎｅｖａｒ Ｂｕｓｈ的工程师首先提出。他设想用户能够多方向地跟踪信息，并意识到储存当时产生的大量数据是非常重要的。

    对超文本链接作进一步改进的人是Ｔｉｍ Ｂｅｒｎｅｒｓ－Ｌｅｅ。他在８０年代受雇于瑞士日内瓦城的欧洲粒子物理研究所（ＣＥＲＮ）。在那儿，Ｂｅｒｎｅｒｓ－Ｌｅｅ设计出了一种在物理学团体中用来共享信息的超文本系统。该超文本系统提供包括标题、文本、双向文本链接在内的超文本链接。

    在这些基础上，Ｂｅｒｎｅｒｓ－Ｌｅｅ和他的助手Ｒｏｂｅｒｔ Ｃａｉｌｌｉａｎ为这种用来链接和存取多结点网络上各种信息的超文本系统编辑了最初的设计文件。链路构成的网络叫作Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ。已存在的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ分层系统通过固定的路径存取信息，与之相反，Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ可以不通过分级存取路径存取信息。此外，设计文件中规定了ＷＷＷ的如下几条原则：

.允许多机链接；

.通过索引查找；

.使用统一的协议传输超文本文档，后来的超文本传输协议（ＨＴＴＰ）完成了这个任务；

.使用统一的协议建立文档，超文本标记语言（ＨＴＭＬ）完成了这项功能；

.可以通过浏览程序查看文档。

Ｂｅｒｎｅｒｓ－Ｌｅｅ在一个ＮｅＸＴ工作站上开发了最初的超文本项目，而第一个可用的超文本原型直到１９９０年末才出现。一个叫Ｎｉｃｋ Ｐｅｌｌｏｗ的科学家也参加了这个项目，而且还设计出了世界上第一个ＷＷＷ浏览器。１９９１年３月，该超文本项目上市，此时，ＷＷＷ已开始其广泛应用。

１９８７年开发的一个比较早的超文本应用程序是为Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ开发的ＨｙｐｅｒＣａｒｄ。ＨｙｐｅｒＣａｒｄ使用户可以用非线性的方式读取数据库，很类似于超文本浏览技术。因为是附加在Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ操作系统上免费提供的，所以作为应用程序的ＨｙｐｅｒＣａｒｄ的用户迅猛增长。ＨｙｐｅｒＣａｒｄ将带有图像和声音的嵌入文本链接加以组合，并为非文本信息提供了一个很好的演示平台。这种将超文本和多媒体对象组合在一起的概念就是现在的超媒体。（待续）

（收稿日期：１９９８－１１－１８）