互联网面面观

**篇　互联网技术的演进过程及典型应用 从人类历史的发展角度来看，互联网的诞生推进了人类社会的飞速发展，使得社会真正实现了从点到网的连接，并使得“地球是平的”“零距离交流”等梦想得以实现。互联网的发展不仅是技术革命，更是思维方式的革命。它深刻触动了现代人的生活方式和精神内涵，甚至撼动了整个文明发展的基石：学习、工作、生活、娱乐等人类生活所涉及的方方面面早已离不开互联网。那么互联网究竟是如何诞生的呢？它又有着怎样的技术发展史呢？本篇将为大家揭开互联网技术发展的神秘面纱。 第1章　互联网诞生的背景 凯文 凯利（Kevin Kelly）认为技术的发展和生物的进化存在着一种密切的联系，并具有一种不可避免的序列性。生物的进化受到自我选择、遗传因素和周围世界三大进化力量的驱动，以人类为例，我们个人的发展既取决于自我的自由意识和创造力，也取决于我们对先人知识的继承，还取决于整个生存的社会大环境。凯文 凯利从生物进化的角度指出互联网的出现具有一定的必然性，且同样受到三大进化力量的驱动。因此，本节将从自我选择、遗传因素——技术背景、周围世界——他国的影响三个方面详述互联网的诞生背景。 1.1　自我选择 1.1.1　非零和竞争的必然性 万年前，人类历史上发生了农业革命，主要推动因素是土地资源；260多年前，人类社会发生了工业革命，主要推动因素是能源资源；而50多年前人类社会又掀起了互联网革命，主要推动因素则是信息资源。 无论土地、能源还是信息，都是人类社会发展到一定阶段时进行的自我选择。纽约大学宗教历史系教授詹姆斯 卡斯（James P.Carse）将世界上的所有事物归结为两种类型——有限游戏和无限游戏，有限游戏的目的在于赢得胜利，而无限游戏的目的则在于让游戏得以永远进行下去；有限游戏是零和游戏，无限游戏则是非零和游戏。历史上对土地和能源的争夺战争频频发生，这些物质性的游戏往往是零和游戏，需要胜负，参与者往往对立。然而实现共同富裕的理想社会是人类文明进化的*终目标，因此发展非零和游戏成为必然。源于无限游戏往往不受时间、空间等的硬性约束，将更多的价值由物质世界转移到虚拟世界，这也成为人类发展的必然选择，信息资源由此诞生。 1.1.2　生物进化的必然性 凯文 凯利在其代表作《失控》（Out of Control）一书中指出，技术发展的历史和生物进化的历史具有一定的相似性和有序性。从进化论的角度来看，生物的发展都是自下而上，从单细胞生物逐步发展为多细胞生物，它没有预设的目的，生物的*终形态受到环境等多种因素的影响，可以说任何一个条件或者顺序发生改变，生物的进化方向可能就不是今天这个状态。技术的发展也是同样的道理，不论是从*初的语言、文字、印刷术、大众媒体再到今天的互联网的革新，还是单看每一种传播媒介的革新，都呈现出了自下而上、去中心化等特点，这一特点在互联网发展中表现得尤为明显。 1.1.3　人类的社会性 德国哲学家厄恩斯特 卡西尔（Ernst Cassirer）曾提出“人是符号的动物”，而凯文 凯利则在此基础上进一步指出“信息是万物的根本”。从人类进化的角度来看，人类历史上**个重要的里程碑就是“语言”的诞生。语言的出现让我们可以彼此交谈、融通思想，因为有了语言我们才能进一步发展经济、构建社会；第二个重要的里程碑是“文字”的出现，即把语言转化成了可以书写的符号，从而使得记忆和知识得到了传承；第三个里程碑是印刷术的诞生，它使知识得以大范围地传播和扩散；第四个里程碑是“大众媒体”，它使信息的传播速度得到质的提升；第五个里程碑即是今天的“互联网”。随着人类的进化，人类的社会化趋势日益明显，更多的信息被生产出来，同时，各类信息的交流速度也越来越快。人类的社会化和信息的传播形成相得益彰的关系，两者一同创造了一个不断扩大的信息源头和社会性人类；*终当信息的需求和人类的社会性膨胀达到某一节点时，互联网就此诞生。 1.2　遗传因素——技术背景 1.2.1　**台电子计算机ENIAC的诞生 研制计算机的想法产生于第二次世界大战期间。为了取得战争的胜利，新型的大炮与导弹的研制和开发迫在眉睫，为此美国陆军军械部在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”。美国军方要求该实验室每天为陆军炮弹部队提供6张导弹射程表，以便其对导弹的研制进行技术鉴定。然而这6张射程表所需的工作量却大得惊人！每张射程表都要计算几百条弹道，而每条弹道的数学模型都是一组非常复杂的非线性方程组。这些方程组是没有办法求出准确解的，因此只能用数值方法进行估算。 实验室专门雇用了200多名计算员，日夜不停地进行人工辅助性计算，但仍需要两个多月的时间才能完成一张射程表。这显然无法满足军方对武器开发速度的要求。 为了完成庞大的计算任务，1943年美国军方成立了电子计算机研制小组，并将研制的机器命名为“电子数值积分计算机”（electronic numerical integrator and computer），缩写为“ENIAC”。1946年ENIAC研发成功，但存在两个问题：一是没有存储器，二是它用布线接板进行控制，有时需要耗费几天时间来完成搭接任务，再加上计算耗时过长，使得工作效率提升效果也被抵消了。 但值得高兴的是，参加美国**颗原子弹研制工作的数学家约翰 冯 诺依曼（John von Neumann），在计算机研制过程中期加入了研制小组。1945年，冯 诺依曼和研制小组在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”——EDVAC（electronic discrete variable automatic computer，电子离散变量自动计算机），这对后来计算机的设计产生了决定性的影响。 你知道吗？ ENIAC 世界上**台电子计算机诞生的时间和情人节是同一天哦，1946年2月14日，**台电子计算机埃尼阿克（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学诞生。 ENIAC，也就是**台电子计算机，与如今能够轻松装进书包或者手提袋的笔记本电脑相比，简直是一个庞然大物。ENIAC长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，拥有30个操作台，重达30英吨 ，耗电量约150千瓦。如此一个庞然大物造价必然不菲，总计大约花费了48万美元。它包含了17 468根真空管、7200根水晶二极管、1500 个中转、70000个电阻器、10000个电容器、1500个继电器、6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。 据传，ENIAC每开机一次，巨大电量的消耗会影响到整个费城西区，整个费城西区都会为之“黯然失色”。另外，真空管也有极高的消耗率，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，而找到那根烧坏的管子至少要花费操作人员15分钟的时间。巨大的电子计算机的使用极不方便，曾有人调侃道：“只要那部机器可以连续运转五天，且没有一只真空管烧掉，发明人就要额手称庆了。” 1.2.2　分时系统 早期的计算机效率非常低，同一时间不能同时处理多项任务，用户需要排队等候，计算机必须按照顺序逐项进行处理。这一问题引起了致力于人机交互的利克莱德（Licklider）的关注，后来他启动了“分时”研究计划，目的是提高计算机的工作效率。 根据杨光友等（2002）介绍，分时（time sharing）操作系统的工作方式是：一台主机连接若干个终端，每个终端都有对应的用户进行使用。用户交互式地向系统提出命令请求，系统接收每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发出下道命令。CPU的时间被分时操作系统划分成若干个片段，这些片段被称为时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而每个用户并未感到有其他用户存在。 被誉为互联网之父之一的鲍勃 泰勒（Bob Taylor）指出，正是有了分时系统，才使得人机交互的发展得以实现，而正是有了交互式计算机，才使得网络的构建成为可能。 你知道吗？ 分时系统 时间片：是把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片。 分时技术：把处理机的运行时间分为很短的时间片，按时间片轮流把处理机分给各联机作业使用。 分时操作系统：是一种联机的多用户交互式的操作系统。一般采用时间片轮转的方式使一台计算机为多个终端服务，能够对每个用户的命令请求做出快速响应，并提供交互会话能力。 设计目标：对用户的请求及时响应，并在可能条件下尽量提高系统资源的利用率。 1.2.3　人机交互 计算机诞生之初，就像人类的婴儿，人类需要依据计算机预先的设定进行使用，单方面地以计算机为导向，人与机器的交互体验非常差。利克莱德很早就注意到了这个问题，并指出提升人机交互体验，实现人机共生关系的良性发展是今后计算机发展的重要方向。 1960年，利克莱德发表《人机共生关系》（Man-computer symbiosis）一文，并提出了“人类设定目标，提出假设，规定标准，履行评估；计算机则为技术和科学思考中的洞见和决策做好铺平道路的程序性工作”的共生关系假设，这为后续鲍勃 泰勒提出“将计算机连接”的想法奠定了基石。 1968年，利克莱德和鲍勃 泰勒合著了论文—《计算机作为一种通信工具》（The computer as a communication device），这篇文章再次强调几年之后，人类和计算机可以实现更加有效的沟通。同时，他们预测未来：“在下一个即将到来的技术时代中，我们能够用大量活跃的信息进行交互—计算机不再是信息的被动接收者，而是信息的产生者。” 1.2.4　分组交换网络 陈登超和吕建新在其论文中指出，分组交换也称为包交换（packet switching），用户通信的数据被划分成多个更小的等长数据段，在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，每个带有首部的数据段就构成了一个分组。首部指明了该分组发送的地址，当交换机收到分组之后，将根据首部中的地址信息分组转发到目的地，这个过程就是分组交换。能够进行分组交换的通信网被称为分组交换网。 1964年，杰出数学家伦纳德 克兰罗克（Leonard Kleinrock）出版了《通信网络：随机的信息流动与延迟》（Communication Nets: Stochastic Message Flow and Delay），对数学领域的排队理论进行了深入的研究。