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互联网

互联网是由相互连接的计算机网络组成的全球系统,借助TCP/IP协议族交换数据,承载万维网、电子邮件等服务。

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互联网是由相互连接的计算机网络组成的全球系统。这些网络遵循一套共同的通信规则,即TCP/IP协议族,来交换数据。互联网是一个去中心化的“网络之网络”。成千上万个独立运营的网络分属大学、企业、政府和互联网服务提供商,它们约定相互承载彼此的流量,没有任何单一机构能控制整个系统。互联网上运行着万维网、电子邮件、文件传输、流媒体以及语音和视频通话等服务,已成为通信、贸易、教育和科学研究的基础设施。据国际电信联盟(ITU)统计,2025年全球约有60亿人使用互联网,约占世界人口的74%。

历史

源于分组交换

互联网起源于20世纪60年代对分组交换的研究。这种方法把数据拆分成称为“分组”(又称数据包)的小块,每个分组在网络中独立选路传输,到达目的地后再重新组装。与电话系统使用的专用电路相比,分组交换能更充分地利用通信线路。1969年,美国国防部高级研究计划局(ARPA)开始运行阿帕网(ARPANET)。阿帕网最初只有四个节点,是最早的广域分组交换网络之一。差不多同一时期还出现了其他分组网络,包括法国的CYCLADES项目和英国的NPL网络。

TCP/IP与网络互联

各个网络采用的技术互不兼容,研究人员因此开始寻找将它们连接起来的方法。20世纪70年代,温顿·瑟夫和罗伯特·卡恩设计了传输控制程序(Transmission Control Program)。该程序借鉴了CYCLADES的一些思路,例如在主机之间直接、简单地传输数据报。这一程序后来拆分为两个协议:TCP负责可靠传输和差错校验,IP(网际协议)负责跨网络的寻址和路由。1977年11月的一次测试中,数据成功跨越了三个不同的网络:阿帕网、一个分组无线网和一个卫星网络。美国国防部后来将TCP/IP定为标准。1983年1月1日,阿帕网用TCP/IP取代了原有的网络控制程序(NCP),这一天被称为“旗帜日”(flag day)。许多论述把这次切换视为现代互联网的开端,但也有历史学者认为,网络互联在此之前就已存在。

扩张与商业化

20世纪80年代,美国国家科学基金会建设了NSFNET,这是一条连接各学术网络的高速骨干网。NSFNET逐渐取代了阿帕网,后者于1990年关闭。20世纪80年代中期推出的域名系统(DNS)负责把便于人类阅读的名称转换为数字形式的IP地址。此后,对商业流量的限制被逐步取消,NSFNET于1995年退役,骨干网从此由商业运营商经营。

万维网

互联网与万维网常被混为一谈,实际上万维网只是运行在互联网之上的一种应用。1989年3月,在欧洲核子研究中心(CERN)工作的蒂姆·伯纳斯-李提出为物理学家建立一套分布式信息系统。到1990年底,他已开发出万维网的主要组成部分:用HTML编写的超文本文档、用于传输这些文档的HTTP协议,以及用于定位文档的URL。他还搭建了第一台网页服务器,编写了第一个浏览器。1993年4月30日,CERN宣布免费开放万维网软件,无需支付版税。同年发布的Mosaic等图形界面浏览器帮助互联网走进了普通大众的生活。此后几年,万维网迅速普及。

技术架构

互联网的设计通常按层次来描述。物理层和链路层负责通过铜缆、光纤、无线电和卫星链路传送比特。网络层(即IP)为每台设备分配地址,并在网络之间传送分组;路由器根据目的地址逐个转发分组。传输层主要包括TCP和UDP,负责两端设备上程序之间的通信。应用层则包括HTTP、用于电子邮件的SMTP以及DNS等协议。

互联网的一个核心设计理念是“端到端原则”:核心网络保持相对简单,主要只负责转发分组,大部分复杂的处理都交给终端设备完成。这样一来,开发新应用就无需改动网络本身。最初的寻址方案IPv4约有43亿个地址,后来证明远远不够。其后继者IPv6采用128位地址,目前正在逐步部署。大型网络之间通过边界网关协议(BGP)交换路由信息,并在互联网交换中心以及包括海底光缆在内的长途链路上实现互联。互联网的大部分硬件都依赖于半导体技术的进步。

治理

互联网不由任何单一组织管理。技术标准主要由互联网工程任务组(IETF)制定,其发布的规范称为“请求评议”(RFC)。网络标准则由成立于1994年的万维网联盟(W3C)制定。ICANN负责协调全球域名系统和IP地址系统,各地区互联网注册管理机构负责分配地址块。各国政府在本国境内对网络接入、内容和电信业务进行监管。相关政策争论涉及网络中立性、隐私、审查和司法管辖权等问题。这种由政府、企业、技术机构和公民社会共同参与的模式,通常被称为“多利益相关方”治理。

应用与社会影响

互联网改变了信息发布和获取的方式。搜索引擎、社交媒体以及维基百科这样的在线参考工具,都是因互联网才得以出现。大规模的众包和协作式的开源软件开发同样离不开互联网。在推动知识传播方面,互联网的出现常被拿来与印刷术相提并论。电子商务、网上银行、远程办公和远程教育都依赖于互联网。云计算把数据存储和处理转移到大型数据中心,用户通过网络访问这些资源。网上海量的文本和图像还为现代机器学习系统提供了训练数据,大语言模型便是其中之一。

如今,移动接入已占全球互联网使用的大部分。对许多人来说,智能手机是他们上网的主要甚至唯一途径。据国际电信联盟估计,2025年5G网络覆盖了全球约55%的人口。

挑战

数字鸿沟。 互联网接入并不均衡。2025年仍有约22亿人没有上网,其中96%生活在中低收入国家。高收入国家的互联网使用率达到94%,低收入国家却只有23%。男女之间(77%对71%)以及城乡之间(85%对58%)也存在差距。这种现象被称为数字鸿沟。如今,数字鸿沟除了体现在能否上网,也越来越多地体现在网速、上网费用和数字技能的差异上。

安全与可靠性。 早期协议是为一个彼此信任的小型研究人员群体设计的,几乎没有内置的安全防护。网络安全威胁包括恶意软件、网络钓鱼、拒绝服务攻击以及路由劫持等。TLS等加密协议现已广泛用于保护传输中的数据。

信息质量。 在网上发布内容既容易又廉价。这扩大了人们获取知识的渠道,但也让虚假信息得以传播,并引发了一系列问题,包括内容审核、对内容进行排序和推荐的算法所拥有的影响力,以及近来生成式人工智能对网络内容的冲击。

能源消耗。 数据中心和网络消耗大量电力。随着视频流媒体和人工智能计算任务的增长,用电需求还在不断上升。

参考来源

  1. ITU's Facts and Figures 2025itu.int
  2. Statisticsitu.int
  3. Network Control Protocol (ARPANET)en.wikipedia.org
  4. ARPANET - January 1, 1983calendarz.com
  5. Internet Flag Day (1983)centerconsulting.com
  6. ARPANET Flag Day 1983: Is Not the Birth of the Internetmarknichols.com
  7. A short history of the Webhome.cern
  8. Ten years for the public Webrepository.cern