网络的发展

前言

我也查询了关于计算机网络的发展史，网上的回答鱼龙混杂，多，且细致，而且偏向于理论考试性质。但是我想在这里，呈现一篇比较简单的故事，来阐述整个计算机网络的发展史。

时间线

1957

苏联发射斯普特尼克一号

1957年，苏联发射了世界上第一颗人造卫星斯普特尼克一号，同时也在美国引发了斯普特尼克危机等一系列事件。

1958

美国建立ARPA组织

1958年，美国为了扭转这一局面，创建了国防部高级研究规划署，简称阿帕（ARPA）。

1962

美国诞生阿帕网

1962年，美国高级研究规划署和其核心机构IPTO提出了全新的分散的指挥系统概念，并将其命名为阿帕网。

1969

阿帕网正式启用

1969年，人类互联网史上首个包含了5个字母的单词，从洛杉矶向斯坦福大学计算机传递，login。

本部分的时间或许并不那么准确，因为在网上我也并不能找到一个准确的答案。但我们只需了解发生了什么就好，不必在意非常精确的时间。

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网络的发展史

本篇发展史将不强调具体发生的时间，如需了解更精确的时间内容，请查阅网络发展基础教科书。

为什么要诞生网络？

这个问题就要追溯至美苏冷战时期，当时因为苏联发射了世界上第一颗人造卫星斯普特尼克一号，使美国产生危机感，于是立即建立了一个组织，并命名为阿帕（ARPA）。

是的，苏联这个举动让美国害怕了。美国害怕他们的重要信息存在一台电脑上，如果这台电脑所在的地方被苏联一颗炮弹轰下来直接炸毁，那么重要的情报和信息都将毁于一旦。
于是美国开始想办法，他们想如果信息不只存在一台电脑上，把信息存在多台不同位置的电脑上，那么就算苏联一颗炮弹轰下来，炸毁了其中一台电脑，其他电脑上仍然存在这个数据，后续恢复起来也会比较方便。这也就是美国高级研究规划署和其核心机构IPTO提出的分散指挥系统概念，阿帕网（ARPANET）。

理论存在，那么实践开始！

美国开始连接加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福研究所、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校和犹他大学四所学校。如果单一的指挥系统被摧毁，整个国家的军事指挥将陷入瘫痪。因此，ARPA决定开发一个分散的网络系统，即使部分节点被摧毁，其余节点仍能维持通信‌。

慢慢的，阿帕网从最初的四个节点发展到全球性的互联网，极大地改变了人们的通信方式和工作方式‌。

网络设备的发展

从一开始的一无所有，到现在的家家户户接入网络，肯定少不了一些非常重要的网络设备。但一开始并不存在交换机和路由器这样的网络设备，那么这些设备是如何发展起来的呢？

复杂的网络拓补结构

我们再次回到一开始的阿帕网，当时美国连接了四所大学，所使用的走线形式非常复杂。假设我现在拥有两台设备PC1、PC2，那么我就需要用一根线将两台设备连接。现在我又多出一台设备PC3需要与PC1、PC2相连，那么就需要用两根线来连接。如果再增加一台设备，那么要用三根线与其他设备相连，以此类推。（如下图所示）
如果一直按照这个方式连接下去，那么随着设备的增多，所需要的网线数量就会远远超出预期，因此就需要找别的办法去弥补这个问题。

网络工程师们为了解决这个问题，想到如果所有设备都连接在一条线上，是不是就会方便许多？

总线型拓补结构

于是，总线形拓补结构应运而生。

所有的设备都插在同一根线上，先在总线上预留好插口，那么所有需要连接的计算机只需要直接将线插在总线上已预留好的插口上就可以了。

但同样的，会产生一些问题。

我们知道，信息在网线中传播是通过电流的变化，也就是0和1。在初中物理我们学过电流，电流在电线中就像水流一般，只要看到分支便会进入。
那么同样的，网线也是如此。假设其中一个节点向另一个节点发送信息，信息通过分支传递到总线后开始往两边传递，倘若这时又有一个节点发出了信息，那么电流就会相撞干扰，从而影响一部分信息的发送，这也就是丢包。

这是最主要的问题。除此之外，总线型结构还有着安全性较差、故障隔离和诊断困难等问题。
设想我如果需要移动原本插在总线上的设备，那么就需要掀起整块地板，到其他地方重新预留插口，太过于费时费力。于是网络工程师们又想出了一个新的办法。

将所有网络设备插在同一个设备上，并通过这个设备来进行转发。且这个设备又非常小巧，移动方便。

说到这里，肯定会有人认为是交换机。那你就大错特错了！
这个时候还没有交换机呐！

集线器

这个东西叫做集线器，也就是HUB。它具有着转发信息，增强信号的功能。

这样，每增加一个设备，只需要新增一个连接。

我们都知道，电线是存在电阻的，你可以把它理解为电流在电线中移动，但是电线存在一个力不让电流继续移动，那么这个力我们就称之为电阻。目前还并不存在没有电阻的电线（除非它是超导doge），所以网线的传输距离同电线一样，是有限的。双绞线的最大传输距离不会超过100m，超过100m后信号衰弱，便会出现丢包的情况。
那么集线器的出现就是为了解决这个问题。它可以使发送进来的信号恢复到原来的状态，也就是将信号增强到原本的状态。你可以把它理解为有两个人A和B正在传话，但是距离太远，A已经听不见B在说什么，于是这个时候又走过来一个人C，刚好站在了A和B的中间，C能听到B讲话，也能听到A讲话，于是他就成为了两人的传话人。
同时，集线器也解决了所有信号在同一条网线中传输引起的干扰问题。

但还是有一些问题产生了。

集线器是工作原理是将接收到的信息转发给所有连接着的端口，也就意味着所有连接着集线器的电脑都将接收到信息。那么数据的安全性就无法得到保证。
还有一个问题就是负载问题。我们设想有越来越多的设备插到集线器上，也就意味着一台电脑发送信息，那么集线器需要把信息转发给所有的电脑。这样就会产生大量的性能损失，使网络越来越卡。

交换机

于是，交换机，它来了！

交换机的出现很好的解决了这两个问题，使信息实现点对点精准发送。它的出现，解决了计算机网络中通信的大部分问题，并沿用至今。

至于交换机的基础工作原理，请移步至下面这个章节：

交换机基础工作原理

路由器

为什么需要路由器这个东西？我有交换机还不够嘛？

我们知道交换机只通过MAC地址寻址，并不通过IP地址。那么当网络规模扩大、复杂性增加的情况下，交换机将无法正常工作。
在局域网内大规模组网中，交换机确实是非常重要且不可或缺的设备。但当交换机需要夸局域网通信时，将变得不现实。
虽然MAC地址是全球唯一地址，但是当设备增多后，交换机内的MAC表也将变的难以维护，寻找路径起来也会变得更加麻烦。还可能会因为连接顺序不合理导致经过不必要的设备或形成环路。

所以路由器就在此应运而生。

值得注意的是，这里指的路由器并不是家里连接WiFi用的无线路由器，而是一种专门的网络设备。

路由器的作用，就是找到两个网络之间的更优路径，适用于多个网络的互联与数据转发。同时，为了更好的区分不同网络和网络中的设备，引入了IP地址这个概念。
设想我们现在有一个学校A和一个学校B，学校A内的其中一台计算机A1希望与学校B内的其中一台计算机B1进行通信。光靠MAC地址将无法找到跨局域网的另外一台设备，所以我们为两个学校分配了不同的网段。现假设网络分配如下：

学校A（192.168.1.0/24）
设备A1	192.168.1.1/24
学校B（192.168.2.0/24）
设备B1	192.168.2.1/24

请注意，IP地址作为逻辑地址只是当做某个设备的临时标识，更便于我们使用。当电脑关机后，IP地址将会改变（通常情况下），最终通信还是需要由MAC地址来完成。

当计算机A1发送信息给B1时，信息发送到学校A的交换机。交换机接收到信息后查找MAC地址表来确认需要发往哪里。当交换机找不到地址时，则会把信息转发给路由器所在的端口。路由器网关接收到信息后查找路由表，确认信息该发往哪里。最后在学校B的交换机内找到B1的MAC地址，并将数据发送给B1，这样就完成了一次跨网络的传输。

如何通过IP地址寻找MAC地址？ARP解析将在以下章节讲述：

ARP地址解析协议