1982年负责管理阿帕网的国防通信局(DCA)和计划署将TCP/IP正式定为阿帕网的传输协议后,开始了对TCP/IP的推广工作。随着使用TCP/IP协议联网的其他网络的增多,网络管理,尤其是入网主机的标识,开始变得复杂起来。
在阿帕网运行早期,每一台入网的主机都存有一份阿帕网上所有计算机的地址表[20]。在这个文本格式的地址表(HOSTS.TXT)里,每一台入网的主机的信息都通过一行信息来表示。其中最主要的信息是用八进制和十进制数字分别表示的主机地址和主机名。除此以外,还有联网主机的具体机型和说明信息。比如下面BBN公司的一台入网的主机的八进制和十进制主机地址分别是105和69,主机名是BBN-TENEX,机型是PDP-10,具体说明的信息中指出这是一台专门运行TENEX操作系统的服务器:
一台入网的主机如果需要传递信息,只要根据地址表就可以确定对方的传输地址,然后通过IMP来传递信息。每当有新的主机入网后,地处斯坦福研究所的网络信息中心就会在存放地址表的SRI-NIC服务器上更新地址表文件,而其他主机可以定期从该服务器上下载和更新地址表。
阿帕网采用TCP/IP协议后,改进了主机地址的标识,这就是用32位二进制数代表的IP地址[21]。IP地址的前面部分代表主机所在的网络的地址,后面部分表示在该网络内主机的地址。为了识别方便,卡恩和瑟夫根据一个网络内包含主机数量的多少将加入互联网的各种网络分成了A、B和C三类[22]。
在主机地址的保存和更新方面,卡恩和瑟夫起初还是采用了原先阿帕网的方式,比如南加州大学的信息科学研究所(Information Science Institute,ISI)的一台服务器的名字是USC-ISIF,IP地址是10.2.0.52,在斯坦福研究所的SRI-NIC服务器上HOSTS.TXT文件里,关于该主机的地址信息就是USC-ISIF 10.2.0.52。其他的主机需要下载这个文件来获得新的地址信息。但是这一方式并没有维持很长时间。1982年阿帕网全面改为TCP/IP协议后,入网的计算机数量大增,而且每时每刻都在增加。这一方法已经无法满足网络扩张的需要。不久一种新的提供网络地址的方法开始出现,这就是南加州大学信息科学研究所的保罗·莫卡派乔斯(Paul Mockapetris)所提出的域名系统。
莫卡派乔斯从麻省理工学院毕业后在加州大学厄文分校获得博士学位,然后来到信息科学研究所从事互联网方面的研究。在设计和实施了电子邮件传输协议(SMTP)后,他开始设计域名系统并在1983年11月提交了新的域名系统的征求意见稿RFC882。在这份意见稿里,他提出了分布式新域名系统。该系统是一个倒悬树状的分级结构,由域名空间(Domain Name Space)、域名服务器(Name Servers)和解析器(Resolvers)三部分组成。处在树根部的顶级域名是ARPA,从该层往下,每个主机的域名根据所在的子空间的不同由其所有上层的分级结构的域名标记[23]。这样分层的好处是每一个子网的域名管理都可以通过子网自己设置的域名服务器(DNS)进行。所有这些域名服务器根据从ARPA域名服务器而来的层层授权,可以以分布式方式有效地进行本地域名的更新和管理工作,避免了集中式管理的弊病[24]。1984年新的域名系统启用后,莫卡派乔斯的同事普斯特尔和乔伊斯·雷诺兹(Joyce Reynolds)在RFC920协议里提出了取消ARPA顶级域名,转为设立政府(GOV)、商业(COM)、教育(EDU)、军事(MIL)和非营利组织(ORG)五大顶级域名以及各个国家的顶级域名的建议。这两份协议合在一起成为后来互联网域名管理系统的基础。
南加州大学的信息科学研究所在1985年成为由普斯特尔负责的顶级域名服务器的管理机构。随着网络复杂性的增强和各国的加入,一个国际性的互联网管理组织逐渐成型。1979年计划署为管理互联网而成立的互联网配置控制委员会在1984年9月重新更名为互联网咨询委员会(Internet Advisory Board),成为主要互联网管理机构。在它下面后来形成的互联网工程任务组(IETF)和互联网研究任务组(IRTF)分别负责研究互联网的具体协议和规则以及长远发展目标。
从20世纪80年代初开始,美国的大学开始建立各自的校园局域网。这些局域网通过TCP/IP协议逐渐形成了区域性的网络,然后与阿帕网进行了互联。在这期间,美国国家科学基金会起到了主要的领导和推进作用。国家科学基金会从60年代初就开始研究将美国大学和研究院所的计算机系统通过网络连接起来的可能性,可是由于资金和技术条件限制,这些研究只是停留在探索阶段。尽管如此,它还是开始资助一些小型区域网络的建设,后来证明这是一个很有效率的循序渐进的方法。1968—1973年,基金会共资助了30多个区域性网络的建设。这些小型网络通常将处于同一区域的大学和研究中心连接起来。而其中一些处于经济发达地区的网络,如纽约州教育和研究网(New York State Education and Research Network,NYSERNET)则率先实现商业化运作,为整个互联网走向商业化迈出了第一步。
1984年国家科学基金会开始实施超级计算中心计划,在全美不同地域的一些州立大学和研究机构里陆续建立超级计算中心,每一个中心周边的学校可以通过网络利用这些中心的计算资源。1986年这些超级计算中心被一个遍布全国的高速骨干网连接起来,这就是NSFNET。
NSFNET由主干网和区域网两部分组成。主干网由国家科学基金会租用的56千比特高速网络传输线路连接而成,网速是1981年建立的CSNET的25倍[25]。区域网通过网关连接到主干网从而和其他区域网联成一体。值得一提的是,这些区域网中有很多是在网络建设方面处于劣势的普通大学通过自发组织而形成的。比如CSNET就是由威斯康星大学计算机系主任劳伦斯·兰德维伯(Lawrence Landweber)在1979年倡议其他10所大学共同向国家科学基金会申请了500万美元资金创建的。1988年这些由国家科学基金会资助建立的区域网已经并入NSFNET。
由于NSFNET采取门户开放政策,网上的流量很快就达到饱和。这中间局域网技术的飞速发展是一个重要因素。局域网技术的成熟使大学和研究机构的以UNIX为操作系统和以以太网为传输协议的工作站入网数量急剧增加。据NSFNET统计,在1985年只有2000台计算机联入NSFNET,到1987年已经增加到近3万台。入网计算机数量的指数增长使得NSFNET升级迫在眉睫。1987年国家科学基金会通过招标的形式把NSFNET升级的合同给了MERIT、IBM以及MCI三个公司。MERIT是密执安州的几所主要大学共同组织的非营利组织,它负责新的NSFNET主干网的研究与设计。IBM负责提供联网设备。MCI负责提供主干网的线路。在决定升级后的NSFNET所使用的传输协议时,项目负责人丹尼斯·詹宁斯(Dennis Jennings)做出用TCP/IP来作为主要通信协议,并将NSFNET和阿帕网连接起来的决定。这一决定不但进一步巩固了TCP/IP的标准地位,还使得NSFNET与阿帕网一起成为当时全国性的民用互联网,使得美国所有大学都实现了互联。而阿帕网在完成其使命后在1990年年初正式退出历史舞台。(www.daowen.com)
在寻求升级方案的同时,随着并入NSFNET主机数量的急速增长和用户对网络使用多样化的需求,一个不可避免的网络服务私有化问题被提上了日程。由于NSFNET和阿帕网都是由政府资助的项目,它们只能被用于非营利性的研究和教育,不能被用于商业和个人目的,许多人期待的网络应用不能被普及。与此同时面临日益增长的普通用户需求,商业网络服务作为一个产业已经前景明朗。许多有眼光的企业家早已期待这一潜在商机,但由于没有一个全国性的商用主干网,新兴服务商们只能在一定区域内提供服务,这就使这些区域服务商之间有了互相连接主干网从而提高服务价值的动力。1991年7月三家新兴网络运营商率先发起成立了一个称为“商用互联网交易所”(Commercial Internet Exchange,CIX)的非营利组织来协调它们相互之间的网络连接。它们的协议里有一个非常前瞻性的“免费交换”合作条款,即任何该组织成员都同意免费接收从其他成员的网络来的流量。这一条款使运营商们免除了计算分组交换流量的成本,也将互联网络的运营方式与传统的根据进入流量计费的电话网络区分开来。这一条款为后来互联网上各种创新性的应用,比如网络电话的低廉费用埋下了伏笔。
随着提供商业入网服务的运营商的不断增加,一个完全商业化并通过市场运作的与NSFNET平行的全国性主干网逐渐形成。面对商用网络运营商市场的壮大,国家科学基金会在1991年通过了一个计划,就是允许商用网络运营商们通过竞争的方式从1994年开始全面提供NSFNET的主干网服务。每一个网络运营商的主干网将通过网关同其他网络运营商的主干网相连,而已有的NSFNET用户将加入到某一个网络运营商的网络内实现与其他用户的连接。这一计划实施得很顺利。1995年4月30日政府资助的NSFNET主干网正式停止使用,至此一个全面商业化的主干网在北美形成。
在互联网逐步走向商业化的同时,美国联邦政府开始关注互联网的下一步全面发展问题。1988年田纳西州的美国联邦政府参议员阿尔伯特·戈尔(Al Gore)在听取了当时已经被尊为互联网创始人之一的加州大学洛杉矶分校的克兰洛克在国会做的《面向全国研究网络》(Toward a National Research Network)的报告后,开始关注互联网的社会和经济价值,并在稍后起草并推动了《1991年高性能计算法》法案在1991年的通过。这项法案为互联网的进一步发展争取到了联邦政府的经费和政策的支持。当时担任美国总统的老布什称赞该法案将揭开DNA的奥秘,为美国打开国外市场以及促进政府、学术界和企业界的密切合作。《1991年高性能计算法》的直接成果之一就是通过其经费支持的伊利诺伊大学超级计算中心所研制出的一系列互联网应用程序,其中包括后来导致万维网流行的马赛克浏览器。1993年克林顿政府上台后,戈尔作为副总统开始更加有力地支持互联网和电子商务的发展。他和克林顿的配合为美国在1995—2000年的互联网电子商务爆炸性发展提供了重要政府支持。
除了国家科学基金会的努力外,各具特色的民间网络也在互联网的形成过程中起到了重要的作用。
最早在阿帕网之外形成的网络是20世纪60年代俄亥俄州的图书馆联网查询系统(Online Computer Library Center,OCLC),该系统最初将俄亥俄州的各个大学图书馆系统连接起来实现联网查询书籍文献资料,后来覆盖全美并扩展到全世界170多个国家。
1979年杜克大学的两个学生根据贝尔实验室的UUCP软件改写了基于UNIX系统的USENET通信协议软件,它通过拨号上网来实现网络连接。任何使用者可以向某一个安装USENET系统的计算机发消息,而两个USENET网站之间可以通过固定时间的拨号连接来更新彼此的内容从而实现内容同步。很快,大家发现这一网络可以提供很好的网上讨论机会,于是各种各样的网上讨论组(Newsgroup)应运而生。
还有一些早期个人计算机用户在自己的计算机上安装提供了一个电子公告板系统(BBS),让其他用户可以通过拨号上网来连入自己的系统。1983年汤姆·詹宁斯(Tom Jennings)产生了将这些BBS连接在一起的想法,于是通过改写UUCP软件编写了FidoNET软件。一个安装了FidoBBS的计算机可以通过拨号上网实现与其他运行FidoBBS系统的计算机之间进行信息交流。FidoNET很快就流行起来。到1990年为止有2500多台计算机加入了FidoNET。
BITNET是纽约市立大学和耶鲁大学为了在两个学校之间建立网络联系而创立的。它使用的传输协议是在IBM公司内部大型机之间的网络传输协议的基础之上改编的。改编后的协议可以在DEC的VAX上运行。BITNET的流行在1991年达到巅峰,有500多个组织近3000个节点入网,其中包括来自北美、欧洲、印度和中东等国家的节点。BITNET对互联网的重要贡献是它的邮件列表功能(Listserve),后来由于其网络传输协议与TCP/IP不匹配而最终在后者的飞速发展下逐渐被淘汰[23]。
这些民间网络系统有一个共同特点,就是它们都自成体系,使用自己的传输协议,没有与其他网络的互联,也都没有连入当时的NSFNET。想要获得这些网络里面的信息只有连入这些网络内才能实现。与此同时,并入互联网的计算机和网络数目每年都以指数速度增长,上网人群也从大学、公司和科研机构里的专业人员逐渐扩展到普通老百姓。如何让尽量多的用户方便地查询这些不同的系统里面的信息成为一个挑战同时也是一个机遇。
不过面对1990年之前的互联网,没有一定的专业知识,查找信息还是比较困难的。这是因为不同的网络需要使用不同的传输协议来获取资源。它们无法和使用其他协议的信息实现共享。这就限制了信息跨协议的创造和传递。另外IBM个人计算机的操作系统还处在DOS阶段,没有图形界面。这些都给普通人使用互联网造成了困难,更不用说电子商务的普及了。有挑战就意味着机会,像美国在线(AOL)这样提供拨号上网服务的公司因为能够提供方便的图形界面和网上聊天室等应用程序,吸引了大批普通用户。但美国在线的用户只能在该公司提供的网络内相互交流,无法直接浏览其他网络的信息。所以互联网迫切需要一个能够将所有网络的信息整合到一起的工具,使得普通人不用专门学习,就可以很方便地使用它来查询和搜索信息。1991年明尼苏达大学推出的黄鼠网(Gopher)传输协议将远程的文档以层级形式储存并允许用户使用该系统提供的搜索引擎查询所有在网络上的文档,这在一定程度上具备了前述的特征。最终将互联网数据整合在一个平台上的是以超媒体技术为核心的万维网(World Wide Web)[26]。
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