#63 软件史实故事E15：互联网时代的起点｜TCP/IP协议的那些奠基人们
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欢迎和我们一起穿越时间长河探索计算机软件改变世界的璀璨时刻冯诺依曼与第一台计算机 1945 年 IBM 的主机时代

1970 年代 We in the IBM company face the same challenge as you doThe development of real-time information systemson a corporate wide basis for the 1970s 桌面软件时代的微软 1990 年代 Windows 95 is so easyEven a talk show host can figure it out

互联网时代的谷歌 2000 年 iPhone 时刻 2007 年

阿里巴巴引领电子商务 2014 年 Chad GPT 2023 年

欢迎收听原创史诗故事广播节目超越代码软件史上的璀璨时刻第十五集互联网时代的起点 TCP IP 协议的那些奠基人们

今天空中诞生了一个新叶亮它就是世界上第一颗人造卫星是这个时代最伟大的科学成就之一美国与苏联的竞争局面已经被严重动摇了苏联人为什么能够击败我们我们最好要抓住这个机会苏联发射地球卫星是最重要的一项成就它也得到了科学家的称赞和认可

但它是具有真正军事意义的我们必须知道苏联拥有的优势都是暂时的那么下一个问题来了未来将会如何发展我们的防御系统不只是在今天而应该是为了明天以及未来的若干年

1957 年 10 月 4 日苏联发射了世界上第一颗人造卫星美国政界军方和科学界顿时一片哗然美国时任总统艾森豪威尔担心如果不对基础研究进行大量投资美国的军事技术可能就会落后所以希望彻底改革政府的研发方式

为探索和扩展科学技术的前沿边界能够为美国提供远远超出当前军事需求的新技术于是在 1958 年由他正式授权组建和执行了一个研究项目高级研究计划局简称 APA 也就是互联网最早原型项目的名称 APA 网的由来

早期的 APA 组织十分热衷于太空项目的投入,但是伴随着 1958 年美国宇航局的成立,APA 将研究重心又重新调整回那些高风险、高收益、长远的基础研究项目上来了。本来空军为了防空计划,CH 准备了一台昂贵的大型计算机,但后来就不再使用了。

于是 APA 投资了 580 万美元希望能够重新使用这台计算机设备而这项工作就交给了 APA 的信息处理技术办公室 IPTO 全权负责 1962 年 10 月 IPTO 迎来了他们的新一任负责人利克莱德利克莱德被认为是成为计算机科学发展和通用计算历史上最杰出的人物之一他为什么如此重要

因为他在任的近三年期间发起了信息技术领域最重要的三项工作一是在极所主要大学创建了计算机器为整个行业培养了大量的可用人才

第二项是推进了分石系统建设他资助了麻省理工学院的 MAC 项目这个项目就是我们在第 13 期节目中谈到过的 Lunix 操作系统的前身 Mazica 分石系统以及推动加州大学洛杉矶分校和加州大学伯克利分校对于分石系统的研究第三项就是推动了互联网的发展

由于使用分时系统就需要创建局域网但当访问用户超过某个数量规模后系统的响应速度就会大大减慢甚至于处于完全没有响应的状态当时大家想到的解决方案就是将各个本地分时系统的局域网络连接在一起最大限度的共享计算资源

1962 年 8 月,利克莱德在他的星际计算机网络概念中提出了全球计算机网络的最早构想,他的构想几乎涵盖了当今互联网的一切,甚至包括了云计算。他的思想也深刻影响了 IPGO 办公室的继任者鲍博·泰勒,泰勒非常看好互联网的未来发展,并对此充满了信心。

为了能够创建一个可以支持交互计算方式的计算机网络应是从美国的弹道导弹防御计划的预算中筹集到了 100 万美金作为 APA 网的研发预算由于泰勒本人并没有接受过计算机科学方面的正式培训也缺乏相关的研究经验于是他从麻省理工学院林肯实验室中邀请到了拉里·罗伯茨来担任这个项目的负责人

拉里·罗伯茨 1937 年出生在美国康涅狄格州的西港他仅用了八年时间就完成麻省理工学院的本科以及硕士和博士学位的联读

1963 年他在获得博士学位后选择了留校继续为麻省理工学院林肯实验室工作他在工作过程中也受到了利克莱德星际计算机网络文章中的观点启发提出了多计算机网络与计算机之间通信的概念事实上当罗伯茨还在林肯实验室的时候 IPTO 就给过他一个合同让他研究如何将两台计算机连接成一个网络

罗伯茨在项目中主要负责编程使用当时的电话网络就成功地与美国西海岸一个团队的某台计算机完成了联网后来真正让罗伯茨有信心去构建互联网的关键因素主要来自于三个人的研究成果

第一位是保罗·巴兰他是一位美国犹太裔工程师当他从加州大学洛杉矶分校的工程学毕业后即加入了兰德公司当时正处于冷战阶段军队作战时的通信方式仍然完全依赖于短波无线电信号这种信号容易受到干扰特别是当发生高空核爆炸的时候短波信号会被中断几个小时

另外,如果遇到敌人的集中攻击,几个关键电话交换中心的损失将会导致整个电话系统瘫痪。于是兰德公司决定设计一个分布式节点连接的网络结构,以确保其具有足够的健壮性。理论上可行,但还需要在实践中证明。于是巴兰承担了这项可生存通信系统的关键任务。

巴兰和他的团队利用当时的小型计算机开发了一个模拟程序来测试具有不同链接程度的节点阵列之间的基本连接性模拟程序中的 N 元连接度网络意味着每个节点将有 N 个链路随后模拟器随机杀死一些节点再测试剩余的那些节点是否可以保持数据连接

模拟结果表明节点数大于等于 3 的网络具有很强的建状性如果丢失 50%的节点仍然具有恢复能力巴兰从实验中获得的成果是网络架构中的冗余节点是网络恢复的关键所在在证明了网络的生存能力后巴兰和他的团队还需要为这种概念设计提供现实的证据以便证明这个网络是可以被建造出来的于是

他们所建设的模拟网络就包含了世界上第一个存储转发数据层的交换协议链路状态和距离矢量路由协议以及未经证实的面向连接的传输协议巴兰也提出了类似于分组交换理论一样的分布式自适应消息块交换的概念第二位是英国计算机科学家唐纳德·戴维斯他受雇于英国国家物理实验室

大家还记得我们在第二集节目中提到的艾伦图灵在那里设计自动计算引擎 ACE 计算机的事情吗当图灵离开后就是戴维斯接管了他的工作几乎在巴兰研究的同一时间 1965 年戴维斯也独立地提出了数据包交换理论的想法他将计算机消息划分为数据包这些数据包可通过不同的路由在网络上独立传输

并在到达目的地时再重新组装数据内容他在访问麻省理工学院了解到新的分时计算机系统后于是将分时原理应用到了数据通信领域并创造了分组交换的全新概念另外他还提出了接口计算机的概念也就是后来的路由器

在 1967 年 10 月戴维斯在操作系统原理研讨会上展示了他们的工作成果这一理念深深影响了拉里·罗伯茨他后来也将分组交换的理念应用到了阿帕网的研发中第三位伦纳德·克莱因·洛克也是一位出生在纽约的犹太家庭的计算机科学家 1963 年他开始在加州大学洛杉矶分校任教

后来从拉里罗伯茨领导的 Apawang 项目里获得了一份商业合同目标是建立起一个用来测量和模拟网络性能的网络测量中心克莱因·洛克当时正管理着这所学校的软件团队团队的成员包括史蒂夫·克罗克乔恩·波斯特尔和温特瑟夫

他们三个人为当时最早的 APA 网开发了一种主机与主机之间的通讯协议定义了一套在两台计算机之间单向传输流量控制以及主机进程之间的处理过程标准这就是 TCP IP 协议的前身 NCP 协议即网络控制程序

至此拉里·罗伯茨已经拥有了互联网的理论基础小范围的概念验证以及简单的通讯协议标准终于可以开始着手建设 APA 网了在 1969 年 10 月 29 日晚上 10 点 30 分 APA 网上的第一条消息从加州大学洛杉矶分校的 SDS Sigma-7 主机传输到了斯坦福大学研究所的 SDS-940 主机

直到 1969 年 12 月 5 日阿帕王最初的四个节点才算建立起来直到这里我们故事的主人公才算正式登场

刚才讲到的 UCLA 克莱因·洛克教授手下的几名开发 NCP 协议的程序员他们后来都成为了互联网奠基人让我们先说说史蒂夫·克罗克克罗克一直在为互联网社区工作他创建了 APA 网征求意见工作小组 GIFC 他也撰写了世界上第一个 GIFC 技术备忘录

IFC 涵盖了拟义标准 标准草案 完整标准 最佳实践 实验协议和其他各种主题内容这些技术备忘录记录了 APA 网开发的全过程和各个技术细节第一位围绕 IFC 工作的编辑就是 NCP 开发小组的另一位成员乔恩·波斯特尔他还参与了互联网与系统的开发

在他的推动下第三位成员温特瑟夫和鲍勃卡恩为阿帕网开发了第二套网络节点间用于数据处理的通信协议也就是沿用到今天的 GCP IP 协议

互联网并不是只有一个发明人正因为对 TCP IP 协议的贡献瑟夫和卡恩现在已被人们尊称为互联网之父了与前面来自 ROCLA 的三位同学不同的是鲍勃·卡恩是从一家名为 BBM 的公司加入到的 APA 网络项目中

卡恩 1938 年出生在纽约的一个德系犹太家庭在普林斯顿大学获得硕士和博士学位后随后加入了 BBM 公司由于 IPTU 之前的负责人利克莱德也曾担任过 BBM 的副总裁所以这家公司与阿帕网项目也自然产生了合作关系他们拿到了一份商业合同用来为阿帕网研发分组交换设备

当时的卡恩对计算机网络也很感兴趣于是他将自己的一些研究成果寄给了 IPTO 刚刚上任的罗伯茨从泰勒手里看到这些信件的内容并给予了卡恩答复因为信中的内容正好与 APA 网相关例如错误控制缓冲控制堵塞控制等等于是鲍伯卡恩在 1972 年正式被邀请加入了 IPTO 办公室

卡恩在 BBM 公司的时候就已经意识到计算机网络中确实需要一种不同于原来 NCP 的新协议他认为这种新协议应该像是人们在连接打印机设备时需要将数据正确地传送到其他设备上而且当用户按下重置按钮时打印机的端口上不会堵塞大量的数据包但当时的 NCP 协议在 APA 网上的运行速度极为缓慢

我们将数据包看作明信片每个明信片中只能包含一个单词 APA 网中的节点就像各个独立的岛屿需要通过邮局来保障它们之间的信息联络

假设你在一座岛上想向另一座岛上的朋友发送一段由四个单词组成的句子那么就要寄送四张明信片而那里邮局的服务既不能保证明信片会送到也不能保证明信片送达的先后顺序

在 1973 年春天来自 Rosella 的第三位同学温特瑟夫也加入了卡恩的研究团队他们希望实现一个支持长消息发送高效且可靠的计算机互联网打算共同研发出下一代的网络标准协议为了在网络中建立可以处理协议转换的网关就需要采用更通用的方式对设备进行寻指所以需要确定唯一的标识服务

瑟夫带来了大学团队的研究成果而卡恩则来自于通讯领域二人的合作还算顺利他们对大多事情的看法都是一致的但也会因为意见不合而发生激烈的讨论但他们很快就会意识到其实他们只是因为对问题的前提假设的理解不同而导致的分歧

最终他们解决了所有问题一起编写了第一个被称为互联网传输控制程序规范的 GCP IP 协议 LFC675 并于 1974 年 12 月发布这个协议被分为两个独立的层级主机到主机的通信将由 GCP 处理而 IP 协议负责处理网络通信如果我们再次用邮局送信的比喻来说明他们的成果

他们保留了邮局的概念但加强了发送者和接收者之间的规则和协议首先你要将你的明信片进行排序以便你接收的朋友可以了解卡片的顺序然后你的朋友会返回一条信息说明他收到的号码如果你没有收到反馈信息就需要持续发送消息直到对方收到为止

这就是互联网的工作原理它被称之为传输控制和互联网协议这样使用不同硬件方案所构建的计算机一下子就可以快速可靠地通行了互联网的诞生体现了这个协议的成功和高效运行 50 年后它仍然为互联网提供着发展动力

从纯文本消息 电子邮件 流媒体到高分辨率电影以及人类的集体知识共享网络上的每一项重大创新如果没有卡恩和瑟夫的发明突破性协议也都是无法实现的瑟夫曾经这样评价他们工作的意义我们认为这是一个不公平的方式和互联网络联系

我们认为计算机不应该采用专有方式和网络进行连接从历史上看过去大家拥有的只是专用网络惠普有自己的网络 DEC 有自己的网络 IBM 也有自己的网络他们都只能连接自己品牌的计算机

我们想构建非专用网络 这样任何品牌的计算机都可以互相连接任何类型的数据包都可以连接到网络中进行传输因此 国防部可以选择任何他想要的计算机 更重要的是 他可以在全球范围内使用在 TCP IP 协议成功之后 互联网也如雨后春笋一般开始茁壮成长

1975 年斯坦福大学和伦敦大学学院之间进行了双网 IP 通信测试 1977 年 11 月美国、英国和挪威的三个站点之间进行了 IP 测试在 1978 年至 1983 年间多个研究中心也开发了其他几个 IP 原型

1982 年 3 月美国国防部正式宣布将 GCPIP 协议作为所有军事计算机网络的标准协议 1983 年 1 月 1 日 APA 网完成了 NCP 协议到 TCPIP 的迁移工作至此这个新协议已经完全占领了互联网此后 IBMAT&T 和 DEC 等大公司纷纷采用 GCPIP 协议研发了自己的商业产品

1989 年 6 月加州大学伯克利分校同意将这个协议的代码放置在 BSD Unix 的公共语中这进一步推动了 GCP IP 协议的广泛传播最终我们今天所使用的万维网是在 1991 年对外开放使用的从此人类也进入了互联网时代再让我们回顾一下本期节目提到的这几位互联网奠基人

卡恩在 1979 年正式上任成为了 IPTO 办公室的主任在他主持工作期间发起了美国政府数十亿美元的战略计算计划在自然语言处理语音理解图像理解和专家系统方面进行了大量投资这也引发了一波新的计算技术和人工智能应用的浪潮影响力甚至延续到今天在 IPTO 工作了 13 年后

卡恩在 1985 年离开了那里成立了一个名为国家研究计划的公司这是一个非盈利组织主要是开展培育和促进网络信息技术的战略发展研究为信息基础设施的研究和开发提供资金支持但更重要的是这个组织巩固了学术界计算机界和电信商业界之间的联系

而瑟夫后来在 1972 年到 1986 年期间分别在斯坦福大学达尔珀和 MCI 数字信息服务公司工作过主要也是从事与 TCPIP 方面相关的研究和推广工作 1986 年他也加入卡恩的国家研究计划公司担任副总裁与卡恩一起参与到数字图书馆知识机器人和千兆网络的研究项目中

二人在 1992 年还一起创立了互联网协会这也是一个非盈利组织帮助维护技术标准向公众通报相关问题并为政策制定者提供建议后来卡恩与瑟夫二人因其在 GCPIP 方面的卓越贡献而获得了 2004 年的图灵奖二位老先生今天已经 80 多岁了仍然健在

而当初负责阿帕网项目的拉里·罗伯茨已经在 2018 年因为心脏病的原因在家中去世当时 IPTU 的负责人罗伯特·泰勒在 2017 年也已经去世享年 85 岁

2021 年美国喜剧演员博伯纳姆自己编剧导演拍摄剪辑和表演了一部名为博伯纳姆内部的特别音乐剧这个节目中融合了音乐单口喜剧和原评论等等多种艺术形式其中还包含了一首极具讽刺性的歌曲欢迎来到互联网

伯纳姆扮演了一位恶毒的互联网导游提供了从乐观到病态的各种类型的内容让观众可以快乐地参与其中我们将在今天的片尾播放这首歌曲希望大家能够完整收听

Welcome to the internetHave a look aroundAnything that brain of yoursCan think of can be foundWe've got mountains of contentSome better, some worseIf none of it's of interest to youYou'd be the first

欢迎来到网络上的访问楼下请坐请您想看新闻或任何有名女性的视频不必担心这不是测试只是挡住头发和手指握着我们就做好

We got a million different ways to engage

Welcome to the internetPut your cares asideHere's a tip for straining pastaHere's a nine year old who diedWe got movies and doctors and fantasy sportsAnd a bunch of colored pencil drawingsOf all the different characters in Harry Potterfucking each otherWelcome to the internetHold on to your socksCause a random guy just kindly sent you photos of his cockThey are grainy and off-puttingHe just sent you moreDon't act surprised you know you like it you whore

See a man behind it, get offended, see a shrinkShow us pictures of your children, tell us every thought you thinkStart a rumor, buy a broom or send a death threat to a boomerOr DM a girl and groomer, do a zoomer, find a tumor in your...Here's a healthy breakfast optionYou should kill your mom, here's why women never fuck youHere's how you can build a...build a bombWhich power ranger are you? Take this quirky quizObama sent the immigrants to vaccinate your kids

You know, it wasn't always like this

not very long agojust before your timeright before the towers fellcirca 99this was catalogstravel blogsa chat room or twowe set our sightsand spent our nightswaiting for youyou

Now look at youLook at youYou

Unstoppable WatchableYour time is nowYour inside's outHoney how you grewAnd if we stick togetherKnow what we'll doIt was always the planTo put the world in your hands

我可以把你关心到什么都不想

字幕 by 索兰娅