【互联网及其应用】第1章互联网概述_互联网的概念与应用

一、互联网的基本概念

1.1 互联网的定义

互联网是建立在一组共同协议之上的网络设备和线路的物理集合，是一组可共享的资源集。

（互联网是一种计算机网络的集合，以TCP/IP进行数据通信，把世界各地的计算机网络连接在一起，实现信息交换和资源共享。）

互联网包括：
1）基于TCP/IP协议的网间网；
2）使用和开发这些网络的用户群；
3）可以从网络上获得资源集。

狭义的互联网：是所有采用IP协议的网络互连的集合，TCP/IP协议的分组通过路由选择实现相互传输，它也可以称为IP Internet。

广义的互联网：是指IP互联网加上所有能通过路由选择到达目的站的网络，包括使用电子邮件等应用层网关的网络、各种存储转发的网络，以及采用非IP协议的网络互连的集合。

互联网的本质是将全世界不一样（异构）的网络互联起来的公共网络，属于网络的网络。

注：TCP/IP（传输层/网络层）

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二、互联网的发展历史

互联网的起源

互联网起源于ARPA网（20世纪60年代中期由美国国防部高级研究计划局ARPA，20世纪60年代末期在美国的4个地区进行网络互连实验，采用TCP/IP协议作为基础协议；70年代协议成功的扩大了数据包的体积，进而组成了互联网）。

2.1 互联网的发展历史

1）形成阶段：1969年-1983年，主要用做网络技术的研究和试验（在部分美国大学和研究机构中运行和使用）。
2）实用阶段：1983年-1994年
–1983年，ARPA和美国国防部通讯局研制成功异构网络的TCP/IP协议，ARPANET宣布将把过去的通信协议“NCP”向新协议—“TCP/IP"过渡。

–1986年，美国国家科学基金会（NSF）资助建成了基于TCP/IP技术的主干网NSFNET，世界上第一个互联网产生。（在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet广域网。）
NSFnet已成为互联网的重要骨干网之一。

–1989年由CERN（欧洲粒子物理研究所）成功开发出了万维网（World Wide Web，WWW），为互联网实现超媒体信息截取/检索奠定了基础，伺候互联网开始向社会大众普及。

–1993年，伊利诺斯大学美国国家超级计算机应用中心的学生马克安德里森（Mark Andreesen）等人开发出了真正的浏览器“Mosaic”。该软件后来被作为Netscape推向市场，此后互联网开始得以爆炸性普及。

–1995年，互联网开始大规模应用在商业领域，用户数量呈指数增长趋势，平均每半年翻一番。2011年，全球互联网用户已达到21亿。

互联网最初的宗旨是用来支持教育和科研活动。
1992年互联网正式允许商业入网，开始了商业化服务。

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三、我国互联网的建设与发展

3.1 我国互联网的建设与发展大事记（不考）

我国于1983年第一次与国外通过计算机和网络进行通信，从此拉开了中国互联网建设的帷幕。

1983年，中国高能物理研究所通过商用电话线，与欧洲原子能质子物理实验室（CERN)直接建立了电子通信连接，实现了两个结点间的电子邮件传输。

1986年，北京计算机应用技术研究所开始与国际联网，建立了中国学术网（CANET)。

1989年，由世界银行贷款，原国家计委、国家教委、中国科学院等配套投资，开始了中国国家计算与网络设施（NCFC)高技术信息基础设施项目的建设。

1990年10月，CANET向InterNIC申请注册了我国的最高域名CN。从此，我国发出的电子邮件有了自己的域名。

1992年，中科院网CASNET(连接了中关村地区30多个研究所及三里河中科院院部）、清华大学校园网TUNET和北大校园网PUNET全部建成。

1993年，以高速光缆和路由器组成的NCFC主干网建成，它将上述3个研究单位和院校互连起来，提供了方便快速的信息交流和学术访问。

1993年2月，由原国家计委投资、教育部主持的中国教育和科研计算机网（CERNET)开始进入规划阶段，它把全国大专院校和科研机构互连起来，改善了我国的教育和科研环境，推动了教育和科研事业的发展。

1994年，由原邮电部投资建设的中国公用计算机互联网（CHINANET)开始启动，1996年该网经过联调测试后模拟开通，正式投入运行。

1994年6月，为了与国家信息高速公路的发展相适应，我国推出了“金桥工程”、“金关工程”和“金卡工程”的“三金工程”项目。其目的是建立一个国家公用经济信息通信网，即金桥网（GBNET)。

1997年10月，中国公用计算机互联网（CHINANET)实现了与中国其他3个互联网络，即中国科技网（CSTNET)、中国教育和科研计算机网（CERNET)、中国金桥信息网（CHI-NAGBN)的互连互通。

1998年6月，CERNET正式参加下一代IP协议（IPv6)试验网6BONE.。

2000年7月19日，中国联通互联网（UNINET)正式开通。

2000年9月，CERNET的信息服务中心CERNIC在国内率先提供IPv6地址分配服务。

2001年12月20日，我国十大骨干互联网签署了互连互通协议，这意味着中国网民今后可以更方便、通畅地进行跨地区访问了。

2003年3月17日，我国国家顶级域名CN下正式开放二级域名注册，用户可以在顶级域名CN下直接注册二级域名，这是我国自有域名体系以来的第一次重大变化。

2003年8月，国务院正式批复启动“中国下一代互联网示范工程”（China Next Genera-tion Internet,CNGI)。CNGI是实施我国下一代互联网发展战略的起步工程，由国家发展和改革委员会主持，中国工程院技术总协调，由国家发展和改革委员会、科技部、信息产业部、国务院信息化办公室、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会等
八部委联合领导。

2004年12月23日，我国国家顶级域名CN服务器的IPv6地址成功登录到全球域名根服务器，标志着CN域名服务器接入IPv6网络，支持IPv6网络用户的CN域名解析，这表明我国国家域名系统进入下一代互联网。

2004年12月25日，我国第一个下一代互联网示范工程（CNGI)核心网之一CERNET2 主干网正式开通。

2005年12月31日，我国CN国家域名注册量首次突破百万大关，达到1096924个。在所有亚洲国家和地区顶级域名（ccTLD)的注册量中位居第一，在全球所有国家和地区顶级域名的注册量中位居第六。

2008年6月30日，我国网民总人数达到2.53亿人，首次跃居世界第一。同年7月22日，CN域名注册量达1218.8万个，首次成为全球第一大国家顶级域名。

2010年7月15日，我国网民规模达4.2亿人，互联网普及率持续上升增至31.8%。

3.2 我国互联网的现状

2012年7月19日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布《第30次中国互联网络发展状态统计报告》，该报告显示，截至2012年6月底，中国网民数量达到5.28亿，互联网普及率为39.9%。在普及率达到约四成的同时，中国网民增长速度延续了自2011年以来放缓的趋势，2012年上半年网民增量为2450万，普及率提升1.6个百分点。

我国目前有10家网络运营商（即十大互联网单位），有上百家有跨省经营资格的网络服务提供商（ISP）。

• 中国公用计算机互联网（ChINANET);
• 中国科技网（CSTNET);
• 中国教育和科研计算机网（CERNET);
• 中国联通互联网（UNINET);
• 中国移动通信网（CMNET);
• 中国金桥信息网（CHINAGBN)(已并入网通）；
• 中国网通公用互联网（CNCNET);
• 中国国际经济贸易互联网（CIETNET);
• 中国长城互联网（CGW-NET);
• 中国卫星集团互联网（CSNET).

中国公用计算机互联网（CHINANET)
中国公用计算机互联网（CHINANET)是1995年由原邮电部投资建设的国家级网络，于1996年6月在全国正式开通。最初仅有北京、上海两个国际出口，北京出口速率是256kbit/s，上海出口速率为64kbit/s。如今CHINANET已经在全国所有省会城市及230多个城市建立骨干网、接入网，国际出口总速率已经达到80Mbit/s。
CHINANET是面向社会公开开放的、服务于社会公众的大规模的网络基础设施和信息资源的集合，主要提供商业服务，其用户多为使用电话拨号入网的个人用户及计算机行业相关公司。随着国内各行业的各种信息资源开始在互联网上提供服务，CHINANET的前景非常光明。
CHINANET的一个基本目标是尽量扩大地理覆盖范围，使更多的用户通过本地电话和短距离的专线方便地接入CHINANET。

中国科技网（CSTNET)
1989年8月，中国科学院承担了原国家计委立项的“中关村教育与科研示范网络”（NCFC)-中国科技网（CSTNET)前身的建设。1994年4月，NCFC 率先与美国NSF-NET直接互连，实现了我国与互联网全功能网络连接，标志着我国最早的国际互联网络的诞生。1995年12月，中国科学院“百所”联网工程完成；1996年2月，中国科学院决定正式将以NCFC为基础发展起来的中国科学院院网（CASNET)命名为“中国科技网”（CST-NET)。
CSTNET 以实现中国科学院科学研究活动信息化（e-Science)和科研活动管理信息化（ARP)为建设目标，先后独立承担了中国科学院“百所”联网、中国科学院网络升级改造等近百项网络工程的建设以及国家“863”计算机网络和信息管理系统、网络流量计费系统、网络安全系统等项目的开发，并且负责中国科学院视频会议系统、邮件系统的建设和维护。目前，正在参与中国下一代互联网的建设。

中国教育和科研计算机网（CERNET)
中国教育和科研计算机网（CERNET）是1993年由元国家计委投资、教育部主持规划的。CERNET为广大高校师生提供网络基本服务，包括电子邮件、Web浏览、资源共享、学术研究与讨论、IP电话、IP视频等，同时还支持一批国家教育信息化的重大应用
截至2009年12月，CERNET主干网连接38个主结点，传输速率达到2.5~20Gbi/s，覆盖了31个省市近200座城市，与国内外其他互联网互连总带宽超过50Gbit/s。

3.3 我国互联网的发展重点

①修订、完善和制定网络管理法规
②扩大网络规模，优化网络结构加强基础网络建设
③充分利用社会资源，丰富网上中文内容
④重视网络安全问题
⑤加强与国际网络界的联系

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四、互联网的体系结构

互联网

互联网：是指互相连接起来的多台计算机的集合。通常包括互连和互联两个层次。

互连是物理的，由硬件实现。包括有线介质和无线介质
–有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤等
–无线介质：激光、微波、卫星等
互联是逻辑的，由软件实现。例如网络的分层协议的实现。

• 在网络结构的最低层，信息交换体现为直接相连的两台机器之间的比特流传输。信息交换在网络的低层由硬件实现，而到了高层则由软件实现。

4.1 互联网的定义

从应用目的来说，计算机网络是以相互共享资源（硬件、软件和数据等）方式而连接起来的、各自具备独立功能的计算机系统的集合。（独立自治、相互连接的计算机集合）

从物理结构来看，广义的计算机网络是：在协议控制下，由一台或多台计算机、若干台终端设备、数据传输设备，以及用于终端和计算机之间、或者若干台计算机之间数据流动的通信控制处理机等所组成的系统的集合。

凡是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享的系统，称为计算机网络系统。

4.2 互联网的组成

互联网网络系统由网络硬件和网络软件组成。
网络硬件：服务器、工作站、网卡（接口）、通信介质

网络硬件是计算机网络系统的物质基础。常见的网络硬件有：计算机、网络接口卡、集中器、结点机、调制解调器、路由器以及传输介质等。

网络中的计算机主要分为两类
①客户机：具有访问网络功能的普通计算机，也称工作站。它们向网络客户提供服务。
②服务器：具有较强的计算功能和丰富的信息资源的高档计算机，它们面向网络客户提供服务，并负责对网络资源的管理。

网络软件是实现网络功能所不可缺少的软环境。通常包括：网络协议和协议软件、网络通信软件和网络操作系统。

4.3 互联网的网络体系结构

互联网的体系结构是一种分层体系结构，是采用层次结构化的设计方法提出的关于计算机网络的层次结构及其协议的集合。

层次结构化的设计方法的基本原则：各层独立；各层有具体功能；层间有明显的界限；层间有确定的接口标准，便于在层间实现信息的传输与服务的提供；通信建立在同层基础上。（在网络分层结构中：每一层在逻辑上都是相对独立的；每一层都有具体的功能；层与层之间的功能有明显的界限；相邻层之间有接口标准，接口定义了低层向高层提供的操作服务；计算机间的通信是建立在同层次之间的基础上。）

分层体系结构的特点：①层间的独立性②适用的灵活性③结构上的可分割性④易于实现和维护⑤促进标准化

4.4 互联网的工作方式

互联网采用分组交换和包交换技术作为通信方式，把数据分割成一定大小的信息包进行通信。

源站拆包---->标上地址---->路由选择

4.5 互联网的拓扑结构

按照不同的网络结构，将计算机网络分为总线形网络、环形网络、星形网络、树形网络和网状网络。
①总线结构
总线结构是前些年比较普遍采用的一种方式，它将所有的入网计算机均接入到一条通信或传输线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗。
总线结构的优点是信道利用率较高，结构简单，价格相对便宜。缺点是同一时刻只能有两个网络结点相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳结点数有限。在总线上只要有一个点连接出现问题，就会影响整个网络的正常运行。

②环形结构
环形结构将各个连网的计算机由通信线路连接成一个闭合的环。在环形结构的网络中，信息按固定方向流动，或顺时针方向，或逆时针方向。
环形结构的优点是一次通信信息在网中传输的最大传输延迟是固定的；每个网上结点只与其他两个结点有物理链路直接互连，因此，传输控制机制较为简单，实时性强。缺点是一个结点故障可能会终止全网运行，因此可靠性较差。

③星形结构
星形结构是以一个结点为中心的处理系统，各种类型的入网机器均与该中心处理机有物理链路直接相连，其他结点之间不能直接通信，其他结点通信时需要通过该中心处理机转发，因此中心结点必须有较强的功能和较高的可靠性。
星形结构的优点是结构简单、建网容易、控相对简单。其缺点是属于集中控制，主机负载过重，可靠性低，通信线路利用率低。

④树形结构
树形结构实际上是星形结构的一种变形，是目前使用比较普遍的一种结构。它将原来用单独链路直接连接的结点通过多级处理主机进行分级连接，这种结构与星形结构相比降低了通信线路的成本，但增加了网络复杂性。网络中除最低层结点及其连线外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。

⑤网状结构
网状结构分为全连接网状结构和不完全连接网状结构两种形式。在全连接网状结构中，每一个结点和网中其他任何结点均有链路连接；在不完全连接网状结构中，两结点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信依靠其他结点转接。这种网络的优点是结点之间路径多，碰撞和阻塞现象可大大减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高；网络扩充和主机入网比较灵活、简单。缺点是网络关系复杂，建网不易，网络控制机制复杂。广域网中一般用不完全连接网状结构。

4.6 网络互连

计算机网络是在协议控制下通过通信系统来实现计算机之间的连接的，网络协议描述了网络通信的细节和规则。为了将复杂的网络放方便的管理维护学习分析和模块化，制定了分层的网络体系结构。

计算机网络体系结构遵循OSI7层参考模型。互联网的体系结构的商业标准采用TCP/IP的4层或5层参考模型。注意：TCP/IP参考模型中网络接口层可以作为一层也可以分成数据链路层和物理层。

每层的作用不同，提供的服务也不同，下层为上层提供服务。发送数据时从应用层到物理层层层封装，接收数据是从物理层开始层层解封装。

发消息的过程


TCP协议工作在传输层，用于负责端到端（主机到主机）的传输控制。IP协议工作在网络层，提供无连接不可靠的数据报网络通信服务。

互联网的网络互连是通过TCP/IP技术实现的。TCP/P技术实质上是在低层网络技术与高层应用程序之间增加一个中间软件层，通过这个中间层把不同的网络互联起来，提供统一的高层应用。

每台计算机分配一个唯可标识的地址，这就是IP地址，IP地址具有唯一性。

互联网的网络连接通过TCP/IP技术实现。

IP地址具有固定、规范的格式，一个IP地址包含32位二进制数，被分为4段，每段8位，段与段之间用圆点“.”分开。IP地址通常用十进制格式表示，最大不超过255.

IP地址具有唯一性，即所有连接到互联网上的计算机都具有唯一的IP地址。

互联网的网络连接是借助中间计算机实现的。在联网中，网络连接包含两层内容：首先，两个网络要通过一台中间计算机实现物理连接，这台中间计算机同属两个网络，即首先要解决网络互连；其次，中间计算机要实现在两个网络间的分组交换，涉及寻找路径和协议转换等问题，即要解决网络互联。

在互联网术语中，中间计算机叫做互联网网关，两个网络经网关互连。

根据网络信息传输距离的长短，人们把网络划分为局域网( Local Area Network,LAN)和广域网(Wide Area Networ ,WAN)。

4.7 互联网的主要性能指标

互联网的性能指标：宽带（BandWidth)、时延（Delay)、吞吐率、服务质量（Qos)。

1）宽带：
本意指某个信号具有的频带宽度。实际中相当于频率（通信和网络领域）和数据传输速率（对于数字信道）两者。K是1024 ，k是1000。 有些带宽单位是Hz、kHz、MHz，相当于频率的概念；而有些带宽的单位则是B/s，相当于数据传输速率的概念。

计算机网络带宽，它是指数字信道所能传送的“最高数据传输速率”，单位是比特每秒（bit/s）,更常用的带宽单位是千比特每秒、兆比特每秒、吉比特每秒、太比特每秒

注意：计算机存储单位：1M=1024k 网络宽带单位：1Mb/s=1000kb/s

2）时延( Delay)是指一个报文或分组从网络的一端传送到另一端所需要的时间。它由以
下几部分组成。
①传播时延:是指电磁波在信道中传播所需要的时间。一般电磁波在电缆中的传播速度约为2.3×10^5km/s，
在光纤中的传播速度约为2.0×10^5km/s。
②发送时延:是指发送数据所需要的时间。它与数据块的长度和信道带宽有关。
③排队时延:是指数据在交换结点等候发送时,在缓冲队列中排队所经历的时延。它主要取决于网络中当时的通信量。当网络的通信量大时,可能会发生队列溢出,丢失数据,使排队时延变为无穷大。

3）吞吐率
吞吐率( Rate of Throughput)是一种关于计算机或数据通信系统(如网桥、路由器、网关或广域网连接等)数据传输率的测度。
吞吐率通常是对一个系统和它的部件处理传输数据请求能力的总体评价。通常以每秒能处理的数据位数或分组的数目来评价。由于众多原因使得吞吐率常常远小于所用介质本身可以提供的最大数据带宽。其单位为bit/s.

例如，一个服务器的吞吐率依赖于它的处理器类型、网络接口类型、数据传输总线大小、磁盘速度等等。

吞吐率就是在指定时间内由一处传输到另一处或被处理的数据量。

4）服务质量（QoS）
服务质量是网络中保障传输质量的一种机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。

Qos具有如下功能：
①分类：根据数据表的不同特征将数据分成多类。（4种分类方法：协议、TCP和UDP端口号、源IP地址、物理端口号）
②标注：在识别数据包后，对其进行标注，方便其他网络识别该数据
③优先级设置：对不同数据包定义不同的优先级和服务质量

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五、Intranet的基本概念

5.1 Intranet的定义

Intranet是基于Internet的TCP/IP 协议构建的企业内部网络，包括两种类型：①纯局域网，不与外网互连；②与外网有限互连，即在局域网与互联网互连处连接有防火墙等安全设备，以保证内部网络信息安全。

5.2 Intranet的特点

① Intranet是根据企业内部的需求而建设的，它的规模和功能是根据企业经营和发展的需求确定的。
② Intranet应能方便地和外界连接，尤其适合互联网的连接。
③ Intranet采用TCP/IP协议及相应的技术，是一个开放的系统。
④ Intranet根据企业的安全要求设置防火墙、安全代理等措施，以保护企业内部的信息，防止外界侵入。
⑤ Intranet广泛使用WWW的工具，使企业员工和用户能方便地浏览和共享企业内部的信息以及互联网上的丰富的信息资源。

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六、互联网的应用

互联网的应用：远程登录、电子邮件、文件传输、WWW浏览、网络新闻组、网络社区、博客、多媒体应用、网路电话、网络传真、电视会议、视频点播和广播、网络游戏、互联网即时通信、电子商务。

① 远程登录：是指在网络通信协议Telnet的支持下，使用户的计算机暂时称为远程计算机终端的过程。
② 电子邮件：是互联网上应用范围最为广泛的服务，它是通过连网计算机与其他用户进行联络的快速、高效、价廉的现代化通信手段。
③ 文件传输：是指在不同计算机系统间传输文件的过程。文件传输协议（FTP）是传输文件时使用的协议。
④ www浏览：是Word Wide Web的缩写，是基于互联网的信息服务系统，向用户提供一个以超文本技术为基础的多媒体的全图形浏览界面。 WWW是一个透过网络存取的互连超文件系统。
⑤ 网络新闻组：是一个利用网络进行专题研讨的国际论坛。
⑥ 网络社区：是指包括电子公告板、论坛、贴吧、公告栏、群组讨论、在线聊天、交友、个人空间等形式在内的网上交流空间。有两种类型：一种是综合性、大型虚拟社区平台，拥有较为庞大的用户群体和较大的全国性社会影响力；另一种是基于地方或某些垂直领域的中小型论坛。
⑦ 博客：又译为网络日志，是一种通常由个人管理、不定期张贴新的文章的网站。
⑧ 多媒体应用：融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体的应用。
⑨ 网络电话：又称为VOIP电话，是通过互联网直接拨打对方的固定电话或手机，包括国内长途和国际长途。资费比普通电话便宜。（目前IP电话分为PC到PC、PC到电话、电话到电话）
⑩ 网络传真：是基于电话交换网和互联网的传真存储转发，也称电子传真（网络传真可分为从Web到传真、从E-mail到传真、从桌面到传真和从传真到传真等）
⑪ 电视会议：又称为“视频会议系统”，是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过传输线路及多媒体设备，将声音、影像及文件资料互相传送，达到即时且互动的沟通，以完成会议目的的系统设备。
⑫ 视频点播和广播（VOD）：也称为交互式电视点播系统。视频点播是计算机技术、网络技术、多媒体技术发展的产物，是一项全新的信息服务。（就是根据观众的要求播放节目的系统，把用户所单击或选择的视频内容传输给所请求的用户）。
⑬ 网络游戏：又称“在线游戏”、“网游”，是指以互联网为传输媒介，以游戏运营商的服务器和用户的计算机为处理终端，以游戏客户端软件为信息交互窗口的旨在实现娱乐、休闲、交流和取得虚拟成就的具有相当可持续的多人在线游戏。
⑭ 互联网即时通信（IM）：是一个终端服务，允许两人或多人使用网络即时地传递文字信息、档案、语音与视频交流，分为手机电话即时通信和网站即时通信。例如QQ、MSN等等。
⑮ 电子商务：通常是指是在全球各地广泛的商业贸易活动中，在因特网开放的网络环境下，基于浏览器/服务器应用方式，买卖双方不谋面地进行各种商贸活动，实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付以及各种商务活动、交易活动、金融活动和相关的综合服务活动的一种新型的商业运营模式。
电子商务已电子及电子技术为手段，以商务为核心，把原来传统的销售、购物渠道移到互联网上来，打破国家与地区有形和无形的壁垒，使生产企业达到全球化、网络化、无形化、个性化和一体化。

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七、下一代互联网的特点与发展

下一代互联网（NGI）特点：更大（IPv4–>IPv6）、更快（端端100Mb/s）、更安全（可进行网络对象识别、身份认证和访问授权，具有数据加密和完整性，实现一个可信任的网络认证与信任系统）、更便捷（无线网络将最大发展）。

美国：Internet 2

中国下一代互联网示范工程（CNGI），其核心网CERNET 2。