阿帕网

定义

阿帕网是 20 世纪 60 年代末由美国国防部高级研究计划局(ARPA)信息处理处建设并运营的分组交换计算机网络，也是世界上第一个投入运行的远距离封包交换网络^[1]。它的正式名称是先进研究计划局网络(Advanced Research Projects Agency Network)，中文文献中有时写作 ARPA 网^[1]。

在性质上，它由 ARPA 出资、以研究合同方式发包建设，是一种分布控制、以共享硬件、软件和数据资源为目标的实验性网络，而不是面向公众的商用通信服务^[2][1]。1975 年 7 月，该网络由研究机构移交给美国国防部通信局管理，此后逐渐从实验网络转变为受管运营的网络^[1]。

原理

阿帕网与当时电话网的关键差别在于交换方式。传统电话采用电路交换，通信前先建立一条独占的端到端线路；阿帕网则把消息拆成带地址头的数据包，让不同会话的数据包共用同一条物理链路，各节点再按路由表把包逐段转发^[2]。这种设计使网络在某节点失效或拥塞时仍可绕行，数据不至于全部丢失。

网络的分组转发由专门的接口消息处理机(IMP)承担。1968 年 BBN 公司中标后，用霍尼韦尔 DDP-516 小型机制造了首批 IMP，主机通过串行线路接入 IMP，IMP 之间以约 50 kbit/s 的速率相连^[2]。IMP 本身不关心主机上运行什么程序，只负责把包送到正确的下一个节点，这一分工被视为现代路由器思路的雏形^[3]。

在协议层，早期的网络控制协议(NCP)假定底层链路可靠，随着网络扩张逐渐暴露出局限^[2]。1974 年瑟夫(Cerf)与卡恩(Kahn)提出传输控制程序规范，后来的 TCP 负责端到端可靠传输与流量控制，IP 负责寻址与跨网转发，使不同规格的网络能够互联^[2]。

发展历程

阿帕网的构想与冷战背景下的科研组织方式有关。1958 年美国组建高级研究计划局，作为对苏联发射人造卫星的回应；心理学家利克里德(J.C.R. Licklider)于 1962 年加入该机构并主持信息处理处工作，提出把分散的计算机资源连成网络的想法。1966 年前后，劳伦斯·罗伯茨(Lawrence G. Roberts)受聘负责该网络的筹划，1968 年提出资源共享计算机网络的研究方案，随后通过招标选定承建方^[1]。

1969 年 10 月 29 日，加州大学洛杉矶分校与斯坦福研究院之间的两台计算机进行了首次通信尝试，操作者键入登录指令时系统在收到前两个字母后崩溃，当晚重试成功^[4]。同年 11 月 21 日，两地之间建立首个固定连接，12 月 5 日四节点网络连通，节点分别为加州大学洛杉矶分校、斯坦福研究院、加州大学圣巴巴拉分校和犹他大学^[5]。

1971 年网络扩充到 15 个节点，1972 年在华盛顿进行了首次大型公开演示^[1]。到 1981 年，已有 94 个节点分布在 88 个地点^[1]。1983 年 1 月 1 日，网络完成从 NCP 到 TCP/IP 的切换，并拆分为面向研究的阿帕网与面向军事站点的 MILNET^[2]。在此之后，TCP/IP 网络不断增多并相互连接，逐渐形成互联网，阿帕网本身于 1990 年正式退役^[2]。

应用

阿帕网最初的使用目标是让分散各地的大型计算机与数据资源可以被远程访问，研究人员不必亲赴每个站点即可调用对方的机器^[2]。围绕这一目标，网络之上逐步发展出远程登录、文件传输等基础服务，Telnet 在 1969 年开始成形，文件传输协议规范于 1971 年公开，1973 年已在阿帕网上实现文件传送^[2]。

电子邮件是最具影响的应用之一。1971 年 BBN 公司的雷·汤姆林森(Ray Tomlinson)发出了首批网络邮件，此后数年邮件占据了阿帕网流量的很大比例，成为推动网络扩张的主要用途^[2]。此外，阿帕网还是 TCP/IP 协议簇大规模试验与调优的场地，协议在真实流量中反复修正后才推广到其他网络^[2]。

在教学与科研之外，阿帕网的技术路线也影响了后续网络的建设。分组交换、分层协议、主机与子网分离等做法，被随后出现的多个计算机网络借鉴和继续发展^[1]。

局限

阿帕网在体制上并非开放网络。它由联邦资金建设，使用范围限于承接政府合同的研究机构，商业性用途被明令禁止，个人事务使用也被视为违规，这套限制后来演化为所谓“可接受使用政策”^[6]。接入资格依赖项目关系与经费，普通用户和中小企业难以进入^[7]。

技术层面，早期的 NCP 无法支撑网络规模继续扩大，也难以与其他规格的网络互通，这正是后来引入 TCP/IP 的直接原因^[2]。网络主要租用电话线路，带宽有限，随着主机数量增长出现拥塞，1987 年主机数达到上万台后容量压力更加明显^[7]。

此外，阿帕网对实时业务支持不足，其在 20 世纪 70 年代实现的语音传输协议因技术缺陷未能实用，分组语音要在此后数十年才趋于成熟^[2]。这说明它的设计取向是数据共享与容错，而不是面向实时通信和商业服务^[6]。

参见

• 互联网 —— 由阿帕网等分组交换网络互联发展而成的全球网络。

• 分组交换 —— 阿帕网采用的核心数据传输方式。

• TCP/IP —— 在阿帕网试验成熟、后成为互联网基础协议簇。

• 美国国防部高级研究计划局 —— 阿帕网的出资与主管机构。

• 万维网 —— 建立于互联网之上、使网络走向大众的应用系统。