TCPIP网络协议第1章-概述

TCP/IP网络与协议姜宏岸1.1信息社会与信息基础设施

1.1.1信息社会信息社会是美国社会学家贝尔提出的一种社会模式，信息社会又称为情报化社会和超工业化社会。美国将来学家托夫勒的《第三次浪潮》提出：第一次浪潮是农业革命，对应农业社会；其次次浪潮是工业革命，对应工业社会；第三次浪潮是信息革命，第三次浪潮将产生一种新的文明社会——信息社会。当今社会进行物质生产活动和精神生产活动的三大基本要素：材料、能源和信息。在三要素中，信息是人类取之不尽，用之不竭的资源。在信息社会，信息是最重要的战略资源。对于材料和能源，保证其流通的网络是交通网络、输油管道、电力网络等；对于信息资源，则接受通信网络来进行传输。 目前的通信网络主要包括三个独立运行的网络：电信网、计算机网和有线电视网。与这三个网络对应的终端设备分别是电话、计算机和电视设备。三大网络的并存带来的问题：基础设施重复建设、建网成本高、网络效率低、层次困难、给用户的接入和运用带来不便等。三网合一（三网融合）成为了必定趋势。三网合一的目标是有效整合各类网络资源，提高信息产业的整体水平，为社会经济网络化、数字化创建条件，使融合后的网络成为适应新经济发展并具有业务融合实力的网络基础设施。基于TCP/IP的下一代网络（NGN）将成为目前三大网络的终结者。光通信技术特殊是密集波分多路复用技术能够供应高带宽，能够高速度、低成本、平安牢靠地传送各类业务信息。1.1.2国家信息基础设施（NII）

国家信息基础设施主要由以下几部分构成：（1）符合公共标准的、互联的、具有多种接入方式的、能传输多种信息的通信网络；（2）常驻在网络上的高性能计算设备，各种固定的、移动的、有线的或无线的智能终端设备；（3）多种形式的、可以共享的、便于获得的数据库和其它信息；（4）各类用于访问、处理信息的应用程序和软件；（5）各种用于实现网络间互联和互操作的网络标准；（6）对信息进行生成、更新和维护的专业人才，对网络进行规划、建设、维护和管理的网络人才，对应用系统进行开发和维护的人才。

1.2网络互联的动机和技术1.2.1网络互联的动机 广域网最初连网的要求主要出自两点：健壮的分布式系统需求和资源共享需求。因特网的前身ARPANET就是美国国防部在20世纪60年头与前苏联进行核军备竞赛的产物。该系统的分布特征保证在系统的局部被破坏时，不会造成全局瘫痪。人们担忧的第三次世界大战并没有爆发，ARPANET却在资源共享需求的驱动下渐渐发展成为今日的因特网。20世纪80年头PC的快速发展和普及使得一个单位和部门拥有多台个人计算机，出于信息传递和资源共享的需求，这些个人计算机按单位和部门构成了一个个局域网。这些局域网具有以下特点：（1）固有的独立性（2）特定的硬件技术（3）不同目的的应用独立的局域网有资源共享需求。1.2.2网络互联技术为了将很多不同的网络互联起来，须要一种通用的网络互联技术。 留意区分网络互连（interconnecting）和网络互联（internetworking）两个不同的概念。网络互连指的是网络的物理连接，是底层的连接；网络互联不仅是物理上的连接，还包括逻辑上的连接。 网络互联的根本问题是解决网络技术和应用所带来的网络异构性问题。网络的功能主要由各层的协议来完成，互联网技术经过多年的发展形成了现在的TCP/IP协议。TCP/IP是当前的因特网协议簇的总称，TCP/IP协议簇较为浩大，传输限制协议TCP和因特网协议IP是其中的两个最重要的协议，因此，因特网协议簇以TCP/IP命名。留意：TCP/IP协议既可以用于网络之间的互联，又可以用于局域网内部的联网。返回1.3因特网的形成和发展1.3.1因特网的发展轨迹20世纪50—60年头，美国和前苏联两个超级大国的军备竞赛空前激烈。1957年，美国国防部成立了高级探讨项目署ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）。并起先探讨“分时计算机的合作网络”。1967年，Roberts提出了分组交换计算机网络“ARPANET”的方案。1969年美国国防部下达ARPANET网络的研制支配。1970年，ARPANET初具雏形，它将加州高校洛杉矶分校、加州高校圣巴巴拉分校、斯坦福高校、犹他州高校四所高校的4台不同型号、不同操作系统、不同数据格式、不同终端的计算机以分组交换协议连接起来。1973年，ARPANET扩展成国际因特网，英国和挪威与ARPANET成功连接。1978年，美国国防部确定以TCP/IP协议的第4版作为其数据通信网络的标准。1982年，美国防部通信局（DCA）将ARPANET各站点的通信协议全部转为TCP/IP。1986年，美国自然科学基金会网络NSFNET建成。1990年，ARPANET退出历史，因特网取而代之。1991年，欧洲粒子物理试验室（CERN）的TimBernersLee独创了万维网（WorldWideWeb，WWW）。1991年5月WWW在因特网上首次露面，立刻引起轰动，并快速被推广应用。1996年美国克林顿政府出台下一代因特网（NGI）支配，美国起先进行下一代高速互联网络及其关键技术探讨。1998年美国100多所高校联合成立UCAID(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，从事Internet2探讨支配。1.3.2中国互联网的发展

1987年9月20日，钱天白教授发出我国第一封电子邮件，揭开了中国人运用因特网的序幕。1988年12月，清华高校校内网通过X.25网与加拿大UBC高校（UniversityofBritishColumbia）相连，开通了电子邮件应用。1990年10月，钱天白教授代表中国正式在国际互联网络信息中心的前身DDN-NIC注册登记了我国的顶级域名CN，并且从今开通了运用中国顶级域名CN的国际电子邮件服务。1993年12月，中关村地区教化与科研示范网络NCFC主干网工程完工，接受高速光缆和路由器将三个院校网互连。这三个院校网是中科院院网（CASNET）、清华高校校内网（TUNET）和北京高校校内网（PUNET）。1994年4月，中关村地区教化与科研示范网络通过美国Sprint公司连入因特网的64K国际专线开通，实现了与因特网的全功能连接。5月，中国科学院高能物理探讨所设立了国内第一个WEB服务器；中国科学院计算机网络信息中心完成了中国国家顶级域名(CN)服务器的设置。10月，中国教化和科研计算机网（CERNET）起先启动。1995年1月，中国电信分别在北京、上海用两根64K专线通过美国Sprint公司接入因特网，并通过电话网、DDN专线以及X.25网等方式起先向社会供应因特网接入服务。7月，中国教化和科研计算机网连入美国的128K国际专线开通。8月，建立在中国教化和科研计算机网上的水木清华BBS正式开通，成为中国大陆第一个因特网上的BBS。12月，中科院百所联网工程完成，建立了中国科技网（CSTNET）。1996年1月，中国公用计算机互联网（CHINANET）主干网建成并正式开通，全国范围的公用计算机互联网络起先供应服务。中国互联网国际出口带宽分布状况如表1-1所示：网络国际出口带宽中国科技网（CSTNET）5275M中国公用计算机互联网（CHINANET）44895M中国教育和科研计算机网（CERNET）1599M中国联通互联网（UNINET）3450M中国网络通信集团（宽带中国CHINA169网）26111M中国国际经济贸易互联网（CIETNET）2M中国移动互联网（CMNET）1285M返回1.4有关因特网的组织机构1.4.1因特网体系结构委员会IAB因特网的最大特点是管理上的开放性。先后成立了一些非赢利的组织机构，这些机构自愿担当起了因特网的管理职责。最早的因特网机构是ARPA成立的一个非正式的委员会：因特网配置限制委员会（InternetConfigurationControlBoard，ICCB），该机构成立于1979年，由志愿者参与。其功能是协调和引导因特网协议和体系结构的设计。1983年，因特网行动委员会（InternetActivitiesBoard，IAB）取代了ICCB，IAB负责因特网的技术管理和发展战略制订，确定因特网的技术方向。具体工作包括：建立因特网标准；管理恳求注解文档RFC的发布过程；建立因特网的策略性支配。1986年，在IAB下成立了两个工作部门：因特网工程任务组（InternetEngineeringTaskForce，IETF）因特网探讨任务组（InternetResearchTaskForce，IRTF）。IETF负责因特网中、短期技术标准和协议的研发和制定。1.4.2因特网协会ISOC

1992年，一个相当于因特网最高管理机构的组织因特网协会（InternetSociety，ISOC）成立。ISOC总部及秘书处设在美国弗吉尼亚州莱斯顿地区。作为一个非赢利的行业性全球因特网协调与合作国际组织，ISOC致力于确保全球因特网发展的有益性和开放性，并就因特网技术制定标准、发布信息、进行培训。此外，ISOC还致力于社会、经济、政治、道德、立法等能够影响因特网发展方向的工作。1.4.3因特网网络信息中心InterNIC

因特网网络信息中心（InternetNetworkInformationCenter，InterNIC）成立于1993年1月，InterNIC负责全部以、.org、.net和.edu结尾的顶级国际域名的注册与管理。中国互联网络信息中心（ChinaInternetNetworkInformationCenter，CNNIC）成立于1997年6月。是我国的非盈利互联网管理与服务机构，行使中国国家互联网络信息中心的职责。CNNIC主要供应注册服务、书目数据库服务、信息服务、网站访问流量认证。1.4.4因特网名称与数字地址支配机构ICANN因特网名称与数字地址支配机构(TheInternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN)成立于1998年10月，是一个集合了各地网络界的商业、非商业、技术及学术领域专家的非盈利组织。ICANN负责IP地址空间的支配、协议标识符的指派、通用顶级域名（gTLD）以及国家和地区顶级域名（ccTLD）系统的管理以及根服务器系统的管理。1.4.5WWW协会W3C

万维网（WorldWideWeb）现已成为人们从因特网上获得信息的最主要途径，万维网的发展极为快速。WWW协会W3C（WorldWideWebConsortium）正是为了适应这一发展，由美国麻省理工学院计算机科学试验室（MIT/LCS）、欧洲国家信息与自动化学院（INRIA）、日本的KeioUniversityShonanFujisawa联合组成的国际性组织。 W3C负责确定和颁布有关WWW应用的标准。返回1.5恳求注解（RFC）

1.5.1因特网技术文档RFC（RequestForComments）的含义是恳求注解，它是一系列关于因特网的技术文档。RFC涉及计算机网络的概念、协议、过程、程序、会议纪要、观点看法甚至幽默等诸多方面的内容。RFC技术文档的发布起先于1969年，截止2004年8月RFC文档数已达3800多篇。当某一机构、团体或个人开发出了一个标准或者想对某一标准提出自己的设想，希望得到大家的认可时，就要通过IESG在因特网上发布一个RFC文档，向外界征询看法。符合因特网标准过程的规范有两类：技术规范TS（TechnicalSpecification）适用性陈述AS（ApplicabilityStatement） TS是关于协议、服务、过程、约定和格式的描述。 AS定义一到多个技术规范的运用环境和如何运用，AS为每个TS指定下列5个“须要等级”之一。（1）必需的（2）建议的（3）可选的（4）限制运用的（5）不建议的1.5.2因特网标准建立过程

RFC文档有8种状态。3个状态属于标准化轨迹，3个状态属于非标准化轨迹，2个状态为其他状态。1.前期准备工作一个规范文档要进入因特网标准化轨迹之前，首先应作为因特网草案接受非正式的评论。2.标准轨迹试图成为因特网标准的规范必需经过一系列的成熟级，这组成熟级即为因特网标准轨迹。标准轨迹由3个成熟级构成：提案标准草案标准因特网标准3.非标准轨迹试验性的规范信息性的规范历史性的规范4.其他状态当前最佳实现BCP。未知性的1.5.3获得RFC文档 RFC文档包含了关于因特网的几乎全部的重要资料。 RFC文档可以通过电子邮件、FTP或WWW方式获得。 最便利的方式还是通过WWW方式得到。://是RFC的官方网站。 ://是RFC编辑小组的网站。以下几点值得留意：（1）当一个RFC文档被发布的时候，它就会获得一个RFC编号。若一个RFC文档被更新，那么新的RFC文档会被支配一个新的RFC编号，过时的RFC文档及编号仍保持不变，而在新的RFC文档头部将标明它所废止的旧RFC文档号。（2）当一个RFC文档被接纳为因特网标准时，它将被支配一个标准号“STDXXXX”，同时它原有的RFC文档和编号仍保留。（3）当一个RFC文档被接纳为当前最佳实现BCP时，它将被支配一个额外编号“BCPXXXX”，同时它原有的RFC文档和编号仍保留。（4）当一个RFC文档被接纳为“你的信息”FYI时，它将被支配一个额外编号“FYIXXXX”，同时它原有的RFC文档和编号仍保留。返回1.6下一代因特网

1.6.1迈向新一代网络 问题：因特网的商业化和WWW业务的普遍应用，使得用户数量和业务需求急剧增长，导致了带宽爆炸现象。新的发展和应用对因特网提出了更高的要求：高性能、高牢靠、高平安及QoS保证等，而这些恰恰是因特网所力不从心的。 1996年10月美国克林顿政府出台了下一代因特网（NextGenerationInternet，NGI）支配，起先着手进行下一代高速互联网络及其关键技术的探讨。1997年10月，美国约40所高校和探讨机构的代表在芝加哥商定共同开发Internet2。1998年美国100多所高校联合成立UCAID(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，从事Internet2探讨支配。Internet2已被接受为NGI支配的一部分。下一代因特网要达到的目标：更大、更快、更平安、更刚好、更便利。要解决的主要问题包括：下一代IP协议、多协议标签交换MPLS、组播、网络管理、服务质量保证及网络平安等。相