4.2 Internet
4.2.1 Internet概述
1．定义
Internet（因特网）又称为国际互联网。它是由使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络。一旦连接到它的任何一个节点上，就意味着您的计算机已经连入Internet网上了。Internet目前的用户已经遍及全球，有超过几亿人在使用Internet，并且它的用户数还在以等比级数上升。
Internet是一组全球信息资源的总汇，由许多小的网络（子网）互联而成的一个逻辑网，每个子网中连接着若干台计算机（主机）。Internet以相互交流信息资源为目的，基于一些共同的协议，并通过许多路由器和公共互联网而成，它是一个信息资源和资源共享的集合。计算机网络只是传播信息的载体，而Internet的优越性和实用性则在于其本身。因特网最高层域名分为机构性域名和地理性域名两大类，目前主要有14种机构性域名。
2．Internet功能
（1）WWW服务。在Web方式下，可以浏览、搜索、查询各种信息，可以发布自己的信息，可以与他人进行实时或者非实时的交流，可以游戏、娱乐、购物等。
（2）电子邮件E-mail服务。可以通过E-mail系统同世界上任何地方的朋友交换电子邮件。不论对方在哪个地方，只要他也可以连入Internet，那么你发送的信息只需要几分钟的时间就可以到达对方的手中了。
（3）远程登录Telnet服务。远程登录就是通过Internet进入和使用远距离的计算机系统，就像使用本地计算机一样。远端的计算机可以在同一间屋子里，也可以远在数千公里之外。它使用的工具是Telnet。它在接到远程登录的请求后，就试图把你所在的计算机同远端计算机连接起来。一旦连通，你的计算机就成为远端计算机的终端。你可以正式注册（Login）进入系统成为合法用户，执行操作命令，提交作业，使用系统资源。在完成操作任务后，通过注销（Logout）退出远端计算机系统，同时也退出Telnet。
（4）文件传输FTP服务。FTP（文件传输协议）是Internet上最早使用的文件传输程序。它同Telnet一样，使用户能登录到Internet的一台远程计算机，把其中的文件传送回自己的计算机系统；或者反过来把本地计算机上的文件传送并装载到远方的计算机系统。利用这个协议，可以下载免费软件或者上传主页。
3．Internet历史
20世纪60年代开始，美国国防部的高级研究计划局ARPA（Advance Research Projects Agency）建立阿帕网ARPANET，向美国国内大学和一些公司提供经费，以促进计算机网络和分组交换技术的研究。1969年12月，ARPANET投入运行，建成了一个实验性的由4个节点连接的网络。到1983年，ARPANET已连接了300多台计算机，供美国各研究机构和政府部门使用。1983年，ARPANET分为ARPANET和军用MILNET（Military Network），两个网络之间可以进行通信和资源共享。由于这两个网络都是由许多网络互连而成的，因此它们都被称为Internet, ARPANET就是Internet的前身。1986年，NSF（National Science Foundation，美国国家科学基金会）建立了自己的计算机通信网络。NSFnet将美国各地的科研人员连接到分布在美国不同地区的超级计算机中心，并将按地区划分的计算机广域网与超级计算机中心相连（实际上它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网，覆盖了全美国主要的大学和研究所）。
4.2.2 TCP/IP协议
1．定义
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议／因特网互联协议）又叫网络通信协议，这个协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，简单地说，就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。TCP/IP定义了电子设备（如计算机）如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个四层的分层体系结构。高层为传输控制协议，它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。低层是网际协议，它处理每个包的地址部分，使这些包正确地到达目的地。
2．层次
从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由4个层次组成，即网络接口层、网络层、传输层、应用层。
（1）网络接口层包括物理层和数据链路层。物理层是定义物理介质的各种特性，如机械特性、电子特性、功能特性、规程特性。数据链路层是负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。
（2）网络层负责相邻计算机之间的通信。其功能包括3个方面：①处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口；②处理输入数据报，首先检查其合法性，然后进行寻径，假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报；③处理路径、流控、拥塞等问题。
（3）传输层提供应用程序间的通信。其功能包括：①格式化信息流；②提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。传输层协议主要是：传输控制协议（Transmission Control Protocol, TCP）和用户数据报协议（User Datagram Protocol, UDP）。
（4）应用层向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录Telnet使用Telnet协议提供在网络其他主机上注册的接口。Telnet会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件复制功能。应用层一般是面向用户的服务，如FTP、Telnet、DNS、SMTP、POP3。
4.2.3 IP地址
1．定义
IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32位地址。按照TCP/IP协议规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32位，比特换算成字节，就是4个字节。例如，一个采用二进制形式的IP地址是“00001010000000000000000000000001”，这么长的地址人们处理起来也太费劲了。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“10.0.0.1”。IP地址的这种表示法叫作“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多。
2．IP构成
Internet上的每台主机（Host）都有一个唯一的IP地址。IP协议就是使用这个地址在主机之间传递信息，这是Internet能够运行的基础。IP地址的长度为32位，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0～255，段与段之间用句点隔开，如159.226.1.1。
3．IP地址分类
最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站、服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A～E类。其中A、B、C这3类（表4-1）由Internet NIC在全球范围内统一分配，D、E类为特殊地址。
表4-1 IP地址分类
一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。A类IP地址的地址范围为1.0.0.1～126.255.255.254（二进制表示为00000001 00000000 00000000 00000001～01111110 11111111 11111111 11111110）。A类IP地址的子网掩码为255.0.0.0，每个网络支持的最大主机数为2563－2=16 777 214台。
一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。如果用二进制表示IP地址，B类IP地址就由2B的网络地址和2B主机地址组成，网络地址的最高位必须是10。B类IP地址中网络的标识长度为14位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。B类IP地址的地址范围为128.1.0.1～191.255.255.254（二进制表示为10000000 00000001 00000000 00000001～10111111 11111111 11111111 11111110）。B类IP地址的子网掩码为255.255.0.0，每个网络支持的最大主机数为2562－2=65 534台。
一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是110。C类IP地址中网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。C类IP地址范围为192.0.1.1～223.255.254.254（二进制表示为11000000 00000000 00000001 00000001～11011111 11111111 11111110 11111110）。C类IP地址的子网掩码为255.255.255.0，每个网络支持的最大主机数为256－2=254台。
D类IP地址第一个字节以1110开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。地址范围为224.0.0.1～239.255.255.254。E类IP地址以11110开始，保留用于将来和实验使用。
4.2.4 第二代Internet
1．Internet 2概述
Internet 2是美国参与开发该项目的184所大学和70多家研究机构给未来网络起的名字，旨在为美国的大学和科研群体建立并维持一个技术领先的互联网，以满足大学之间进行网上科学研究和教学的需求。与传统的互联网相比，Internet 2的传输速率可达2.4Gb/s，比标准拨号调制解调器快8.5万倍。其应用将更为广泛，从医疗保健、国家安全、远程教学、能源研究、生物医学、环境监测、制造工程到紧急情况下的应急反应、危机管理等项目。
2．超高速网络技术
1）IPv6协议
全世界广泛使用的是第一代国际互联网，相应的IP地址协议是IPv4，即第4版。IPv4设定的网络地址编码是32位，共提供的IP地址为232，大约43亿个。目前，它所提供的网址资源已近枯竭。下一代互联网采用的是IPv6协议，它设定的地址是128位编码，能产生2128个IP地址，地址资源极端丰富。
2）Internet 2的结构
1996年10月，美国政府宣布启动“下一代互联网NGI”研究计划，其核心是互联网协议和路由器。它的主要目标是：建设高性能的边缘网络，为科研提供基础设施；开发具有革命性的Internet应用技术；促进新的网络服务及应用在Internet上的推广。
3）主要部分
（1）先进网络基础设施（Advanced Network Infrastructure）。
（2）光网络（Optical Networking）。
（3）中间件与安全（Middleware and Security）。
（4）核心中间件。
（5）中间件整合项目。
（6）先进应用（Advanced Applications）。
3．超高速网络历史与现状
1996年美国政府的下一代Internet／研究计划NGI和美国UCAID从事的Internet 2研究计划，都是在高速计算机试验网上开展下一代高速计算机网络及其典型应用的研究，构造一个全新概念的新一代计算机互连网络，为美国的教育和科研提供世界最先进的信息基础设施，并保持美国在高速计算机网络及其应用领域的技术优势，从而保证21世纪美国在科学和经济领域的竞争力。英、德、法、日、加等发达国家目前除了拥有政府投资建设和运行的大规模教育和科研网络以外，也都建立了研究高速计算机网络及其典型应用技术的高速网试验床。2007年10月10日，Internet 2项目的首席负责人道格·冯·豪维灵说：“现在可以为单独的计算机工作站提供10G的接入带宽，我们需要开发一种方法使得这种高需求的应用与普通应用能够同时运行，互不干扰。”运营商利用Internet 2网络开始向科研机构提供一种“临时按需获得10Gb/s带宽”的服务。豪维灵说，通常每个研究所以10Gb/s的速度连接到100Gb/s的Internet 2骨干网，另外有一个10Gb/s的接入口作为备份，以备突发流量之需。