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从达尔文进化论角度看网络体系结构的发展摘要：本文在深刻认识达尔文进化论“物竞天择，适者生存”的基础上，分析了计算机网络发展的四个阶段。从进化论的角度给出了网络体系结构发展的必然性以及未来的发展趋势。关键字：达尔文进化论，网络发展，体系结构 A Perspective on the Development of Network Architecture from a Viewpoint of EvolutionAbstract. This paper deeply analyzes the Evolution principle, which is natural selection, and the four stages of the evolution of computer network. And finally, a trend and necessity of future development of network architecture is given.Keyword. Darwins Theory of Evolution, Network Development, Architecture1.引言达尔文于1859年出版的物种起源，震动了生物学界。书中用大量资料证明了形形色色的生物都不是上帝创造的，而是在遗传、变异、生存斗争和自然选择中，由简单到复杂，由低等到高等，不断发展变化的，这一生物进化论学说被列为自然科学的三大发现之一。然而，“物竞天择、适者生存”原则，不仅仅适用于生物学，其真理同样适用于网络体系结构的发展。 在网络体系结构几十年的发展过程中，“物竞”到底竞的是什么，“天择”又是谁在选择，本文将沿着计算机网络发展的脉络，从这两个问题出发，剖析网络体系结构的发展过程和发展趋势。计算机网络出现的历史不长，但发展很快，经历了一个从简单到复杂的演变过程。数据表明，电话自发明以来用了75年累积了5000万用户，收音机用了35年。电视机和移动电话分别用了13和12年。而计算机网络只用了4年的时间。究其原因，主要有以下几个方面：一是技术方面，分组交换理论的提出以及TCP/IP为代表的网络体系结构的开发成功为网络的普及提供了技术支持；二是社会方面，网络作为一个开放的系统，为用户提供了充分的自由空间，每个用户有自己的需求，随着用户需求的不断增加，必需要有更好更完善的网络体系结构来满足用户。第三便是商业原因，更完善的网络体系结构才能带来更多的用户，才能有更多的商业利润，因此各大厂商、组织不遗余力完善并提出自己的网络体系结构。所以从达尔文进化论的角度可以这样说，商业利润（或者说更多的用户）便是竞争的资源，而人们对于资源共享的需要则是“天择”。2.计算机网络发展的四个阶段网络的演变过程可以大致概括为面向终端的计算机网络、计算机-计算机网络和开放式标准化计算机网络三个阶段。而其中第三个阶段开放式和标准化阶段便是网络体系结构产生和发展的阶段。 2.1 第一代计算机网络：面向终端的计算机网络 （单纯的面向终端，没有网络体系结构）1946年，世界上第一台数字计算机ENIAC在美国诞生时，计算机和通信并没有什么关系。早期的计算机系统是高度集中的，所有设备安装在单独的大房间中。最初，一台计算机只能供一个用户使用。后来出现了批处理和分时系统，一台计算机虽然可以同时为多个用户服务，但若不和数据通信相结合，分时系统所连接的多个终端都必须紧挨着主计算机，用户必须到计算机中心的终端去使用，显然不是方便的。1951年，美国麻省理工学院林肯实验室就开始为美国空军设计称为SAGE（Semi-Automatic Ground Environment）的半自动化地面防空系统，该系统于1963年建成，被认为是计算机和通信技术结合的先驱。 2.2 第二代计算机网络：计算机计算机网络 （ARPnet诞生，网络体系结构初见端倪）1957年10月，原苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星。这次发射成功达大大震惊了美国朝野。美国政府遂决定在美国国防部领导下成立高级研究计划局（APRA）。鉴于军事的刺激，为了更好的满足计算机之间通信的需要，计算机网络的雏形ARPAnet变应运而生了。最初的ARPAnet基于主机-主机通信协议。它的产生并非偶然，正式外界军事（经济）的刺激，原有的通信方式无法满足需要，才有了ARPAnet的产生。因此可以说是“物竞天择，适者生存”。2.3第三代计算机网络：开放式标准化网络 （网络体系结构真正产生，层次模型）此后，随着ARPAnet的规模不断扩大，到20世纪70年代后期，网络结点超过60个，主机100多台，地理范围跨越了美国东部的西部的许多大学和研究机构。 但是这种第二代计算机有不少弊病，不能适应信息社会日益发展的需要。随着不同网络的产生，ARPAnet、PRnet、SATnet等等，他们有着各自的接口定义、分组长度、传输速率和通信协议。因此把不同的第二代计算机网络互连起来十分困难。网络的不断发展，不同的需求，便产生了竞争。因此一种更高级的、基于统一的网络体系结构的网络便应运而生。开放式标准化网络，它具有统一的网络体系结构、遵循国际校准化协议。标准化使得不同的计算机能方便地互连在一起。 世界上第一个网络体系结构是美国IBM公司与1974年提出的SNA（系统网络体系结构）。凡遵守SNA规定的设备可以方便的进行互联。之后许多大计算机公司也纷纷提出自己的网络体系结构，如Digital公司的网络体系结构DNA，Honeywell公司的分布式系统结构DSA等。但是不同的体系结构互不兼容，采用不同体系结构的两个网络之间很难通信。要想使所有的网络都能互相连通，需要制定一个国际性的网络体系结构标准。1977年国际标准化组织ISO的TC97信息处理系统技术委员会SC16分技术委员会开始着手制定开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open System Interconnection Basic Reference Model）.作为国际标准，OSI规定了可以互连的计算机系统之间的通信协议，遵从OSI协议的网络产品都是所谓的开放系统。今天几乎所有的网络产品都声称自己的产品是开放系统，不遵从国际标准的产品逐渐失去了市场。这种统一的、标准化的产品互相竞争的市场又进一步促进了网络的发展。 但是OSI模型划分7个人层次，模型和协议本身存在着缺陷，层次划分不太合理，相同的功能在多个层次中重复出现，并且OSI的协议实现过分复杂，运行效率比较低。而同时期产生的TCP/IP协议模型，基于应用层、互联网层和网络接口层四个层次很方便实现，并且提供了简单方便的编程接口，因此TCP/IP模型结构在竞争中存活了下来。而OSI模型则仅仅停留在了理论阶段。1983年到1985年，TCP、IP协议进入稳固发展阶段。到1985年，Internet已相当完善。美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）利用TCP/IP协议建立了用于科学研究和教育的肯干网络NSFnet。1990年，NSFnet代替ARPAnet成为国家肯干网，并且走出了大学和研究机构进入社会。商业行为的介入，成为Internet进一步发展的最重要的推动力。网上的电子邮件、文件下载和信息传输受到越来越多的人们的欢迎并被广泛使用。1992年，Internet学会成立，该学会把Internet定义为“组织松散的、独立的国际合作互联网络”，“通过自主遵守计算协议和过程支持主机的通信”。1993年，美国伊利诺斯大学国家超级计算中心成功开发了网上浏览工具Mosaic（后来发展成Netscape），使得各种信息都可以方便地在网上交流。浏览工具的实现引发了Internet发展和普及的高潮。上网不再是网络操作人员和科学研究人员的专利，而成为一般人进行远程通信和交流的工具。在这种形势下，美国总统克林顿于1993年宣布正式实施信息基础设施（National Information Infrastructure，NII）计划，从此在世界范围内展开了争夺信息化社会领导权和制高点的竞争。与此同时，NSF不再向Internet投入资金，使其完全进入商业化运作。20世纪90年代后期，Internet以惊人的高速度发展，网上的主机数量、上网的人数、网络的信息流量每年都在成倍地增长。网络覆盖的地理范围向全球延伸，并逐步深入到每个单位、每个办公室以至每个家庭。有人描述未来通信和网络的目标是实现5W的个人通信，即任何人（whoever）在任何时间（whenever）、任何地方（wherever）都可以和任何另一个人（whomever）通过网络进行通信，以传送任何信息（whatever）从计算机网络发展过程看，人与网络的关系由传统的“网络在人之上”（network on human）、“网络在人之中”（network in human）到“网络与人相融合”（network with human）。 这就是说，网络从远离人的一般应用到网络应用大大便利了人们的生活，人机关系日益紧密， 最终必然向着网络与人更加友好的结合方向发展，达到一种随心所欲的境界。为了实现这一 理想，要求我们应该更多地从人的应用的方便化和网络服务的灵活性、主动性角度去寻找答 案，使今后的网络服和网络应用可以根据人的个性需求而定制。这种美好憧憬进一步推动了 网络体系结构的演化。3. 网络体系结构的发展趋势21 世纪发展异常活跃的计算机网络领域，将面临与电信网、电视网集成和融合的挑战。今天，人们从电信和计算机网络不同的视角去观察、思考问题，同时也引入诸如中间件、代理、移动代码等思想，形成了主动网络、电信信息网络体系结构新型网络体系结构。网络的集成和融合作为一种公共网络基础结构的需求，意味着高容量、QoS增强的网络，将通过集 成和融合实现。这种“集成”不仅指因特网与电信网的互连接（Interconnection）和互联网（Internetworking），还包括互操作（Interoperation），这就需要从网络体系结构研究中提出合理和可行的集成方案。这样，新一代集成因特网和电信网的网络体系结构以及基于这种网络体系结构的集成服务网络，将成为21世纪用户未来各种应用的支撑平台，最终能支持用户查询海量信息，提供形式多样的个人通信服务，以及其他重要的合作设计、虚拟现实、电子沉浸等应用。参考文献：1. Douglas E.Comer著, 林瑶等译. (2007). 用TCP/IP进行网际互联原理、协议与结构(第五版).(P1-P7). 电子工业出版社2. 伍海桑等著. (2000). IPv6原理与实践.(P3-P39). 人民邮电出版社3. 杨英鹏著.(2007). 计算机网络原理与实践. (P1-P18). 电子工业出版社4. 莫卫东著.(2006). 现代计算机网络原理与设计(P1-P18). 西北工业大学出版社5. 百度百科. /view/453552.htm?fr=ala0. 达尔文进化论.6. 百度百科. /view/1127685.htm?fr=ala0. 计算机网络体系结构.7. 杨鹏, 顾冠群. 计算机科学2007.Vol34.No.4. 新一代网络体系结构：需求目标、设计原则及参考模型.8. 百度博客. http:/hi.baidu.