彭民德：《電子計算60年》 （31）計算機網路與第四代計算機

多臺計算機經某種拓撲結構聯成一個整體，實現從單機內的資源共享，到各計算機之間的資源共享，這臺機器的程式可以訪問另一臺機器上的檔案，或者執行另一臺計算機的程式，這就是計算機網路。前面已經展開的關於60年電子計算曆史的討論，下面將梳理計算機網路時代的一些事。

計算機網路的研製歷史可以追溯到上世紀六、七十年代，有美國國防部的分組交換網ARPAnet，英國的令牌環網等。70年代UNIX就有雙機互相執行程式的UUX和互相拷貝檔案的UUCP實用程式。計算機網路快速發展，與普通老百姓關聯起來，是在微機時代，特別是國際網際網路時代。個人電腦單機使用的時間跨度，只有短短十幾年。

要將多臺機器連成網路，就要解決連線用什麼物理的和邏輯的結構，制定通訊協議。國際標準化組織ISO早就制定了網路結構模型。這個模型包括物理層、資料鏈路層、傳輸層、網路層、會話層、表示層和應用層，就是著名的OSI七層模型結構標準。從不同機器間能夠物理連線，傳送一個bit資訊的基礎開始，到傳送互相理解資訊含義的一個幀、一個資訊包，以及傳送資訊的路徑選擇，再到會話與應用層面。因為它很複雜，或者用在基於像微型機之間聯網時有些層次已經沒有必要，這個標準最終只是理論，很少實際運用於聯網實現。

到了微機時代，利用具有匯流排結構和位元組傳輸功能的微型機聯網，並採用具有衝突檢測的載波偵聽多重訪問方式CSMA/CD通訊協議的乙太網結構，可以簡化網路結構模型。乙太網以其結構簡單，投資小，可靠性高，適用於區域網到都會網路規模，而大受歡迎。80年代曾經流行一時的Novell網，配置網路作業系統NetWare，以及Windows NT網都是乙太網。90年代微軟公司在其Windows系統中陸續增加網路功能，使得後來的Windows作業系統都是網路作業系統。而始終關注網路的UNIX則成了網路上起主導作用的作業系統。

在美國ARPA網的基礎上，構建了國際網際網路Internet（或音譯為因特網），為了把各地域的計算機區域網都連線到這個網路上，採用的是TCP/IP體系結構，它只有4層，即網路介面層、網路互聯層、傳輸層和應用層。其中網路介面層，規定各臺計算機必須採取某種協議連線到網路上，解決物理連線問題。網路互聯層也稱為IP層，以IP協議為核心，也包括其它輔助協議，主要解決在網際網路上資料傳輸分組，IP包的封裝、傳送、分組路由和避免阻塞。傳輸層包括面向連線的服務（TCP）和無連線的服務（UDP）。應用層包括WWW服務等。TCP/IP協議體現了廣泛的包容性，各種已有網路，即使是異構的網路，只要加上TCP/IP協議，就可以連到Internet上。在網際網路上的資料傳輸好比日常的貨物運輸，可以將公路、水運以及空運組成聯運，只要在傳輸過程中進行分拆或者打包成當前適宜的運輸形式，貨物總可以從甲地運往乙地。利用TCP/IP協議，可以把各種同構和異構的網路接入到國際網際網路。在這個網路上每一臺機器都有一個唯一的，可以互相區別的IP地址，主要通過WWW服務，共享網際網路上各種各樣的資源。發明TCP/IP協議的美國電腦科學家羅伯特•埃利奧特•卡恩（Robert Elliot Kahn），也獲得了圖靈獎。

將全世界的計算機都聯通起來，構建成資訊高速公路，比爾•蓋茨把它稱作“未來之路”，是20世紀末，人類最偉大的發明之一。它加速了全球的一體化，已經並且必將繼續改變世界的經濟、政治格局，讓我們的世界變得更加美好，讓大多數人從中得到實惠。

中國的網際網路事業始於上世紀80年代末。1989年11月，由中科院主持，聯合北京大學、清華大學共同實施的重點學科專案“中國國家計算機與網路設施”（NCFC）正式立項，時任中科院副院長的胡啟恆院士擔任專案負責人，由錢華林研究員作技術總負責。1993年實現互聯。NCFC網此後進一步發展為中國科學院網（CASnet）和中國科技網（CSTNet）。

1994年是中國網際網路元年。4月，中美科技合作聯委會在美國華盛頓舉行，由胡啟恆院士和錢華林研究員，曾在此前不同場合代表中國提出的連入Internet的要求得到認可。4月20日，NCFC工程連入美國Internet的64K國際專線開通，實現了與Internet的全功能連線。從此中國被國際上正式承認為真正連入Internet的國家。此事被中國新聞界評為1994年中國十大科技新聞之一，被國家統計公報列為中國1994年重大科技成就之一。（IT界“老同學茶館”活動資料：“胡啟恆院士簡介”，“錢華林研究員簡介” 2014年4月25日 中科院網路中心）

中國最大的商用寬頻網際網路是ChinaNet，它逐步連線千家萬戶，讓億萬人受惠。建立這一通訊網路平臺的代表人物是，時任郵電部資料通訊局局長的劉韻潔院士。1994年著手建立，技術上不再採用以往在電信網中一直沿用的歐洲X.25協議，而是採用基於TCP/IP協議的思科路由器，因而取得成功。該網路平臺的建成，使中國網際網路進入大規模商用階段。劉韻潔院士被2002年美國《時代週刊》列入“數字時代最有影響力的50人”名單，並譽稱他為“中國網際網路之父”（黃俊民等：《計算機史話》P356，機械工業出版社 2009.1）。

國際網際網路協會設立“網際網路名人堂”，旨在紀念和感謝那些獲得了全世界認同的，為網際網路的發展和完善做出重要貢獻的傑出人物。這是全球網際網路社群的最高榮譽。從2012年開始每年釋出一批入選者名單。胡啟恆院士2013年（第二批）入選，成為首個獲此殊榮的中國人。2014年4月，國際網際網路協會發布了第三批“網際網路名人堂”的入選者名單，錢華林研究員成功入選，成為第二位獲此殊榮的中國人。他們入選網際網路名人堂，體現了國際社會對中國網際網路發展的肯定（IT界老同學茶館活動資料：“胡啟恆院士簡介”，“錢華林研究員簡介” 2014年4月25日 中科院網路中心）。我們應該像記住比爾•蓋茨和賈伯斯那樣，記住我國自己的功臣。

1994年，全國教育科研網CELNET建成，它首批連線100所211型別的重點學校。與國際網際網路連線的總出入口在北京中科院的網路中心。中南地區的組長單位是華中科技大學，湖南省的節點單位是中南工業大學。當時我們長沙鐵道學院屬鐵道部領導，部裡很重視，辦學經費高於省內其它一些高校，也有條件擠進了首批連網學校行列。我校網路連線分批進行，第一批只連辦公室和實驗室，光纖到樓，採用一種叫光纖分散式資料介面FDDI的校園網結構。這是一種基於100Mbps光纜的LAN，當時只有這種結構可以滿足大於10Mbps的速度要求。

因為是首批連網，社會上還沒有專業的網路整合企業，只能自己學校組織技術力量實施。學校的“科創整合”公司承擔了這個任務，他們集中技術力量，完成得很好。此後越做越有經驗，科創整合公司為許多學校和企業建了網路，連上了國際網際網路。同時一個以網路整合為主打的本地知名IT企業被培育起來，後來科創整合公司被湖南省資訊產業廳認定為湖南省2009年軟體業務收入前20家企業之一（見2009年2月23日 《湖南日報》）。

遵守摩爾定律的電子晶片的整合度，到了1994年，最有代表性的DEC公司的ALPHA晶片，每片整合已經高達200萬個電晶體，DEC公司還為其申報了吉尼斯世界紀錄。國際上幾家知名電腦公司IBM、SUN、HP等都依據這類最新的晶片，推出具有小型機規模的微機，特別取名叫工作站（workstation），被選用作為校園網和企業網的檔案伺服器、郵件伺服器和資料庫伺服器。通常把採用超大規模積體電路、64位、RISC結構的硬體，執行速度在10MIPS（MIPS是計算機速度單位，每秒百萬條指令）以上的計算機，配備支援對稱多處理器、微核心、多執行緒的作業系統，軟體支援物件導向的程式開發技術、配置了大型資料庫管理系統，以及在計算機網路上擔任伺服器職能機，這幾項看做第四代機的典型特點。IBM、SUN、HP工作站都具備這些特點，是典型的第四代計算機。許多校園網、企業網就是採用這些機器做伺服器建立的。直到今天，我們基本上還處在第四代機水平，因為真正帶智慧的第五代計算機，尚處在開發初期，計算機的智慧化需要一個漫長的過程。

網路時代軟體架構有了一些新的特點。每個軟體不再只由一臺機器上一個單一的程式組成，網路環境下軟體將由兩個或多個程式組成，它們將被分佈在伺服器和客戶端，各自完成自己的功能，並經通訊相聯絡，完成某個應用的整體功能。因此每個應用都是一組在網路上被適當分佈的一套程式，這種特點稱為程式的分佈性。開發執行於網路上，協同完成同一任務的一組程式，要做一個“工程”（Projiect）。

90年代比較成熟的網路採用客戶機/伺服器（C/S）結構，它看重的是客戶端個人電腦的強大計算能力，可以分擔伺服器的許多工作，可以協同實現複雜的應用。最有代表性的網路作業系統是微軟公司的Windows NT。C/S是一種採用分散式處理方式，基於兩層結構的系統。第一層在客戶機上體現業務邏輯；第二層在伺服器上，通過網路連線資料庫伺服器。絕大多數的C/S應用系統，充當伺服器的是大型資料庫系統。使用者此時不再關心資料的物理儲存位置，可以通過遠端呼叫訪問資料庫。

但是C/S的缺點也十分明顯：客戶端配置繁瑣，每個程式都分散在伺服器和客戶機兩端，維護和升級成本高，無法實現跨平臺應用。這些缺點使其無法適應Internet時代的應用需求。後來在網際網路環境下又發展到B/S模式，所謂胖伺服器，瘦客戶端架構。客戶端機器可以很簡單，只要有瀏覽器就行了。所有的資料、處理程式都集中在伺服器。使用者端的操作，都以通訊方式轉向伺服器，再由伺服器端把需要的資料或程式的執行結果送回使用者端。於是各種程式的升級，安裝新的服務都只要在伺服器上進行，提高了維護效率和可靠性。

有了計算機網路，特別是連線到國際網際網路之後，我們上網查資料，E-MAIL通訊等，聯絡比以往方便了，開發的一些應用也都基於網際網路了，可以說一天也離不開她了。隨著網路覆蓋範圍的擴大，1998年3月12日，筆者家的計算機也連線校園網，跟世界溝通了。當時的配置是80486 CPU，4MB記憶體，20GB硬碟，Windows 95作業系統，連網用的通訊硬體是賀氏的MODEM。時至今日，筆者享受國際網際網路已經超過20個年頭，嚐到了無窮樂趣。計算行當的人，能夠率先跟外界的無限資訊世界聯絡起來，更加感到網際網路的親切，也有了更強烈的職業自豪感。

為了在中國發展網際網路事業，1997年國家主管部門決定，組建中國網際網路絡資訊中心（CNNIC）。決定由該中心牽頭，組織有關網際網路單位，開展網際網路行業發展狀況調查，並公開發布統計資料。CNNIC每半年釋出一次統計資料，至今已過去19個年頭，釋出報告37次了。這是一件大事，我非常關注每次所釋出的資料，它體現了中國網際網路迅速發展的歷程，感到歡欣鼓舞。據該機構的統計報告，到2008年底，我國的上網人數就有近3億，成為當時世界上上網人數最多的國家。2010年更突破4億，2011年超過5億。截至2016年6月，我國網民規模已達7.1億，網際網路普及率51.7%。移動商務類應用發展迅速，網際網路應用向提升體驗、貼近經濟方向靠攏。近幾年來，用手機上網的人數增長很快，2012年6月，已有3.88億人用手機上網，2013年底達到5億，到2016年6月，我國手機網民規模達6.56億。網民中使用手機上網的人群佔比由2014年12月的85.8%提升至92.5%，隨著手機終端的大屏化和手機應用體驗的不斷提升，手機作為網民主要上網終端的趨勢進一步明顯。這跟計算機和手機已經進入移動網際網路時代相一致。網際網路對個人生活方式的影響進一步深化，從基於資訊獲取和溝通娛樂需求的個性化應用，發展到與醫療、教育、交通等公用服務深度融合的民生服務。未來，在雲端計算、物聯網及大資料等應用的帶動下，網際網路將推動農業、現代製造業和生產服務業的轉型升級。截至2014年12月，我國IPv4地址數量為3.32億，中國網站擁有IPV6地址數量2013年12月升至全球第2位。這些資料表明我國網際網路普及率已經比較高。

2016年4月19日習近平主席在網路安全和資訊化工作座談會上發表講話，指出“對網際網路來說，我國雖然是後來者，接入國際網際網路只有20多年，但…網際網路發展取得令人矚目的成就。現在，網際網路越來越成為人們學習、工作、生活的新空間，越來越成為獲取公共服務的新平臺。我國有7億網民，這是一個了不起的數字，也是一個了不起的成就”。（ http://www.chinanews.com/gn/z/wlaqhxxhzth/）

由我國倡導並舉辦的世界網際網路大會（World Internet Conference），至今已經在浙江烏鎮舉辦三屆，彰顯了中國網際網路技術和規模已經取得了舉世矚目的成就。第一屆於2014年11月19日至21日舉行，以“互聯互通、共享共治”為主題，第二屆於2015年12月16日至18日，以“互聯互通、共享共治，共建網路空間命運共同體”為主題。習近平主席出席，並發表了主旨演講（http://baike.so.com/doc/7519698-7792634.html）。第三屆於2016年11月16-18日舉行，以“創新驅動造福人類—攜手共建網路空間命運共同體”為主題（http://www.wicwuzhen.cn/agenda）。

(與本文相關的更多內容，請參看彭民德《電子計算60年》第6章 網路計算全球通聯 電子工業出版社)