TCPIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第1章-概述

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議姜宏岸1.1信息社會與信息基礎(chǔ)設(shè)施

1.1.1信息社會信息社會是美國社會學(xué)家貝爾提出的一種社會模式，信息社會又稱為情報(bào)化社會和超工業(yè)化社會。美國將來學(xué)家托夫勒的《第三次浪潮》提出：第一次浪潮是農(nóng)業(yè)革命，對應(yīng)農(nóng)業(yè)社會；其次次浪潮是工業(yè)革命，對應(yīng)工業(yè)社會；第三次浪潮是信息革命，第三次浪潮將產(chǎn)生一種新的文明社會——信息社會。當(dāng)今社會進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)活動和精神生產(chǎn)活動的三大基本要素：材料、能源和信息。在三要素中，信息是人類取之不盡，用之不竭的資源。在信息社會，信息是最重要的戰(zhàn)略資源。對于材料和能源，保證其流通的網(wǎng)絡(luò)是交通網(wǎng)絡(luò)、輸油管道、電力網(wǎng)絡(luò)等；對于信息資源，則接受通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸。 目前的通信網(wǎng)絡(luò)主要包括三個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)：電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)。與這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的終端設(shè)備分別是電話、計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備。三大網(wǎng)絡(luò)的并存帶來的問題：基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)建設(shè)、建網(wǎng)成本高、網(wǎng)絡(luò)效率低、層次困難、給用戶的接入和運(yùn)用帶來不便等。三網(wǎng)合一（三網(wǎng)融合）成為了必定趨勢。三網(wǎng)合一的目標(biāo)是有效整合各類網(wǎng)絡(luò)資源，提高信息產(chǎn)業(yè)的整體水平，為社會經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化創(chuàng)建條件，使融合后的網(wǎng)絡(luò)成為適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展并具有業(yè)務(wù)融合實(shí)力的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施?；赥CP/IP的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）將成為目前三大網(wǎng)絡(luò)的終結(jié)者。光通信技術(shù)特殊是密集波分多路復(fù)用技術(shù)能夠供應(yīng)高帶寬，能夠高速度、低成本、平安牢靠地傳送各類業(yè)務(wù)信息。1.1.2國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII）

國家信息基礎(chǔ)設(shè)施主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）符合公共標(biāo)準(zhǔn)的、互聯(lián)的、具有多種接入方式的、能傳輸多種信息的通信網(wǎng)絡(luò)；（2）常駐在網(wǎng)絡(luò)上的高性能計(jì)算設(shè)備，各種固定的、移動的、有線的或無線的智能終端設(shè)備；（3）多種形式的、可以共享的、便于獲得的數(shù)據(jù)庫和其它信息；（4）各類用于訪問、處理信息的應(yīng)用程序和軟件；（5）各種用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)和互操作的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)；（6）對信息進(jìn)行生成、更新和維護(hù)的專業(yè)人才，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)和管理的網(wǎng)絡(luò)人才，對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)的人才。

1.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動機(jī)和技術(shù)1.2.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動機(jī) 廣域網(wǎng)最初連網(wǎng)的要求主要出自兩點(diǎn)：健壯的分布式系統(tǒng)需求和資源共享需求。因特網(wǎng)的前身ARPANET就是美國國防部在20世紀(jì)60年頭與前蘇聯(lián)進(jìn)行核軍備競賽的產(chǎn)物。該系統(tǒng)的分布特征保證在系統(tǒng)的局部被破壞時(shí)，不會造成全局癱瘓。人們擔(dān)憂的第三次世界大戰(zhàn)并沒有爆發(fā)，ARPANET卻在資源共享需求的驅(qū)動下漸漸發(fā)展成為今日的因特網(wǎng)。20世紀(jì)80年頭PC的快速發(fā)展和普及使得一個(gè)單位和部門擁有多臺個(gè)人計(jì)算機(jī)，出于信息傳遞和資源共享的需求，這些個(gè)人計(jì)算機(jī)按單位和部門構(gòu)成了一個(gè)個(gè)局域網(wǎng)。這些局域網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：（1）固有的獨(dú)立性（2）特定的硬件技術(shù)（3）不同目的的應(yīng)用獨(dú)立的局域網(wǎng)有資源共享需求。1.2.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)為了將很多不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，須要一種通用的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)。 留意區(qū)分網(wǎng)絡(luò)互連（interconnecting）和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（internetworking）兩個(gè)不同的概念。網(wǎng)絡(luò)互連指的是網(wǎng)絡(luò)的物理連接，是底層的連接；網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)不僅是物理上的連接，還包括邏輯上的連接。 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的根本問題是解決網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用所帶來的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性問題。網(wǎng)絡(luò)的功能主要由各層的協(xié)議來完成，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展形成了現(xiàn)在的TCP/IP協(xié)議。TCP/IP是當(dāng)前的因特網(wǎng)協(xié)議簇的總稱，TCP/IP協(xié)議簇較為浩大，傳輸限制協(xié)議TCP和因特網(wǎng)協(xié)議IP是其中的兩個(gè)最重要的協(xié)議，因此，因特網(wǎng)協(xié)議簇以TCP/IP命名。留意：TCP/IP協(xié)議既可以用于網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，又可以用于局域網(wǎng)內(nèi)部的聯(lián)網(wǎng)。返回1.3因特網(wǎng)的形成和發(fā)展1.3.1因特網(wǎng)的發(fā)展軌跡20世紀(jì)50—60年頭，美國和前蘇聯(lián)兩個(gè)超級大國的軍備競賽空前激烈。1957年，美國國防部成立了高級探討項(xiàng)目署ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）。并起先探討“分時(shí)計(jì)算機(jī)的合作網(wǎng)絡(luò)”。1967年，Roberts提出了分組交換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)“ARPANET”的方案。1969年美國國防部下達(dá)ARPANET網(wǎng)絡(luò)的研制支配。1970年，ARPANET初具雛形，它將加州高校洛杉磯分校、加州高校圣巴巴拉分校、斯坦福高校、猶他州高校四所高校的4臺不同型號、不同操作系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)格式、不同終端的計(jì)算機(jī)以分組交換協(xié)議連接起來。1973年，ARPANET擴(kuò)展成國際因特網(wǎng)，英國和挪威與ARPANET成功連接。1978年，美國國防部確定以TCP/IP協(xié)議的第4版作為其數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。1982年，美國防部通信局（DCA）將ARPANET各站點(diǎn)的通信協(xié)議全部轉(zhuǎn)為TCP/IP。1986年，美國自然科學(xué)基金會網(wǎng)絡(luò)NSFNET建成。1990年，ARPANET退出歷史，因特網(wǎng)取而代之。1991年，歐洲粒子物理試驗(yàn)室（CERN）的TimBernersLee獨(dú)創(chuàng)了萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，WWW）。1991年5月WWW在因特網(wǎng)上首次露面，立刻引起轟動，并快速被推廣應(yīng)用。1996年美國克林頓政府出臺下一代因特網(wǎng)（NGI）支配，美國起先進(jìn)行下一代高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)探討。1998年美國100多所高校聯(lián)合成立UCAID(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，從事Internet2探討支配。1.3.2中國互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

1987年9月20日，錢天白教授發(fā)出我國第一封電子郵件，揭開了中國人運(yùn)用因特網(wǎng)的序幕。1988年12月，清華高校校內(nèi)網(wǎng)通過X.25網(wǎng)與加拿大UBC高校（UniversityofBritishColumbia）相連，開通了電子郵件應(yīng)用。1990年10月，錢天白教授代表中國正式在國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心的前身DDN-NIC注冊登記了我國的頂級域名CN，并且從今開通了運(yùn)用中國頂級域名CN的國際電子郵件服務(wù)。1993年12月，中關(guān)村地區(qū)教化與科研示范網(wǎng)絡(luò)NCFC主干網(wǎng)工程完工，接受高速光纜和路由器將三個(gè)院校網(wǎng)互連。這三個(gè)院校網(wǎng)是中科院院網(wǎng)（CASNET）、清華高校校內(nèi)網(wǎng)（TUNET）和北京高校校內(nèi)網(wǎng)（PUNET）。1994年4月，中關(guān)村地區(qū)教化與科研示范網(wǎng)絡(luò)通過美國Sprint公司連入因特網(wǎng)的64K國際專線開通，實(shí)現(xiàn)了與因特網(wǎng)的全功能連接。5月，中國科學(xué)院高能物理探討所設(shè)立了國內(nèi)第一個(gè)WEB服務(wù)器；中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心完成了中國國家頂級域名(CN)服務(wù)器的設(shè)置。10月，中國教化和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）起先啟動。1995年1月，中國電信分別在北京、上海用兩根64K專線通過美國Sprint公司接入因特網(wǎng)，并通過電話網(wǎng)、DDN專線以及X.25網(wǎng)等方式起先向社會供應(yīng)因特網(wǎng)接入服務(wù)。7月，中國教化和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)連入美國的128K國際專線開通。8月，建立在中國教化和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)上的水木清華BBS正式開通，成為中國大陸第一個(gè)因特網(wǎng)上的BBS。12月，中科院百所聯(lián)網(wǎng)工程完成，建立了中國科技網(wǎng)（CSTNET）。1996年1月，中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）主干網(wǎng)建成并正式開通，全國范圍的公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)起先供應(yīng)服務(wù)。中國互聯(lián)網(wǎng)國際出口帶寬分布狀況如表1-1所示：網(wǎng)絡(luò)國際出口帶寬中國科技網(wǎng)（CSTNET）5275M中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）44895M中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）1599M中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)（UNINET）3450M中國網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)（寬帶中國CHINA169網(wǎng)）26111M中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)（CIETNET）2M中國移動互聯(lián)網(wǎng)（CMNET）1285M返回1.4有關(guān)因特網(wǎng)的組織機(jī)構(gòu)1.4.1因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)委員會IAB因特網(wǎng)的最大特點(diǎn)是管理上的開放性。先后成立了一些非贏利的組織機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)自愿擔(dān)當(dāng)起了因特網(wǎng)的管理職責(zé)。最早的因特網(wǎng)機(jī)構(gòu)是ARPA成立的一個(gè)非正式的委員會：因特網(wǎng)配置限制委員會（InternetConfigurationControlBoard，ICCB），該機(jī)構(gòu)成立于1979年，由志愿者參與。其功能是協(xié)調(diào)和引導(dǎo)因特網(wǎng)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。1983年，因特網(wǎng)行動委員會（InternetActivitiesBoard，IAB）取代了ICCB，IAB負(fù)責(zé)因特網(wǎng)的技術(shù)管理和發(fā)展戰(zhàn)略制訂，確定因特網(wǎng)的技術(shù)方向。具體工作包括：建立因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；管理懇求注解文檔RFC的發(fā)布過程；建立因特網(wǎng)的策略性支配。1986年，在IAB下成立了兩個(gè)工作部門：因特網(wǎng)工程任務(wù)組（InternetEngineeringTaskForce，IETF）因特網(wǎng)探討任務(wù)組（InternetResearchTaskForce，IRTF）。IETF負(fù)責(zé)因特網(wǎng)中、短期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的研發(fā)和制定。1.4.2因特網(wǎng)協(xié)會ISOC

1992年，一個(gè)相當(dāng)于因特網(wǎng)最高管理機(jī)構(gòu)的組織因特網(wǎng)協(xié)會（InternetSociety，ISOC）成立。ISOC總部及秘書處設(shè)在美國弗吉尼亞州萊斯頓地區(qū)。作為一個(gè)非贏利的行業(yè)性全球因特網(wǎng)協(xié)調(diào)與合作國際組織，ISOC致力于確保全球因特網(wǎng)發(fā)展的有益性和開放性，并就因特網(wǎng)技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)布信息、進(jìn)行培訓(xùn)。此外，ISOC還致力于社會、經(jīng)濟(jì)、政治、道德、立法等能夠影響因特網(wǎng)發(fā)展方向的工作。1.4.3因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息中心InterNIC

因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息中心（InternetNetworkInformationCenter，InterNIC）成立于1993年1月，InterNIC負(fù)責(zé)全部以、.org、.net和.edu結(jié)尾的頂級國際域名的注冊與管理。中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（ChinaInternetNetworkInformationCenter，CNNIC）成立于1997年6月。是我國的非盈利互聯(lián)網(wǎng)管理與服務(wù)機(jī)構(gòu)，行使中國國家互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心的職責(zé)。CNNIC主要供應(yīng)注冊服務(wù)、書目數(shù)據(jù)庫服務(wù)、信息服務(wù)、網(wǎng)站訪問流量認(rèn)證。1.4.4因特網(wǎng)名稱與數(shù)字地址支配機(jī)構(gòu)ICANN因特網(wǎng)名稱與數(shù)字地址支配機(jī)構(gòu)(TheInternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN)成立于1998年10月，是一個(gè)集合了各地網(wǎng)絡(luò)界的商業(yè)、非商業(yè)、技術(shù)及學(xué)術(shù)領(lǐng)域?qū)＜业姆怯M織。ICANN負(fù)責(zé)IP地址空間的支配、協(xié)議標(biāo)識符的指派、通用頂級域名（gTLD）以及國家和地區(qū)頂級域名（ccTLD）系統(tǒng)的管理以及根服務(wù)器系統(tǒng)的管理。1.4.5WWW協(xié)會W3C

萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）現(xiàn)已成為人們從因特網(wǎng)上獲得信息的最主要途徑，萬維網(wǎng)的發(fā)展極為快速。WWW協(xié)會W3C（WorldWideWebConsortium）正是為了適應(yīng)這一發(fā)展，由美國麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)試驗(yàn)室（MIT/LCS）、歐洲國家信息與自動化學(xué)院（INRIA）、日本的KeioUniversityShonanFujisawa聯(lián)合組成的國際性組織。 W3C負(fù)責(zé)確定和頒布有關(guān)WWW應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。返回1.5懇求注解（RFC）

1.5.1因特網(wǎng)技術(shù)文檔RFC（RequestForComments）的含義是懇求注解，它是一系列關(guān)于因特網(wǎng)的技術(shù)文檔。RFC涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、協(xié)議、過程、程序、會議紀(jì)要、觀點(diǎn)看法甚至幽默等諸多方面的內(nèi)容。RFC技術(shù)文檔的發(fā)布起先于1969年，截止2004年8月RFC文檔數(shù)已達(dá)3800多篇。當(dāng)某一機(jī)構(gòu)、團(tuán)體或個(gè)人開發(fā)出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或者想對某一標(biāo)準(zhǔn)提出自己的設(shè)想，希望得到大家的認(rèn)可時(shí)，就要通過IESG在因特網(wǎng)上發(fā)布一個(gè)RFC文檔，向外界征詢看法。符合因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)過程的規(guī)范有兩類：技術(shù)規(guī)范TS（TechnicalSpecification）適用性陳述AS（ApplicabilityStatement） TS是關(guān)于協(xié)議、服務(wù)、過程、約定和格式的描述。 AS定義一到多個(gè)技術(shù)規(guī)范的運(yùn)用環(huán)境和如何運(yùn)用，AS為每個(gè)TS指定下列5個(gè)“須要等級”之一。（1）必需的（2）建議的（3）可選的（4）限制運(yùn)用的（5）不建議的1.5.2因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建立過程

RFC文檔有8種狀態(tài)。3個(gè)狀態(tài)屬于標(biāo)準(zhǔn)化軌跡，3個(gè)狀態(tài)屬于非標(biāo)準(zhǔn)化軌跡，2個(gè)狀態(tài)為其他狀態(tài)。1.前期準(zhǔn)備工作一個(gè)規(guī)范文檔要進(jìn)入因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化軌跡之前，首先應(yīng)作為因特網(wǎng)草案接受非正式的評論。2.標(biāo)準(zhǔn)軌跡試圖成為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范必需經(jīng)過一系列的成熟級，這組成熟級即為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)軌跡。標(biāo)準(zhǔn)軌跡由3個(gè)成熟級構(gòu)成：提案標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3.非標(biāo)準(zhǔn)軌跡試驗(yàn)性的規(guī)范信息性的規(guī)范歷史性的規(guī)范4.其他狀態(tài)當(dāng)前最佳實(shí)現(xiàn)BCP。未知性的1.5.3獲得RFC文檔 RFC文檔包含了關(guān)于因特網(wǎng)的幾乎全部的重要資料。 RFC文檔可以通過電子郵件、FTP或WWW方式獲得。 最便利的方式還是通過WWW方式得到。://是RFC的官方網(wǎng)站。 ://是RFC編輯小組的網(wǎng)站。以下幾點(diǎn)值得留意：（1）當(dāng)一個(gè)RFC文檔被發(fā)布的時(shí)候，它就會獲得一個(gè)RFC編號。若一個(gè)RFC文檔被更新，那么新的RFC文檔會被支配一個(gè)新的RFC編號，過時(shí)的RFC文檔及編號仍保持不變，而在新的RFC文檔頭部將標(biāo)明它所廢止的舊RFC文檔號。（2）當(dāng)一個(gè)RFC文檔被接納為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，它將被支配一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)號“STDXXXX”，同時(shí)它原有的RFC文檔和編號仍保留。（3）當(dāng)一個(gè)RFC文檔被接納為當(dāng)前最佳實(shí)現(xiàn)BCP時(shí)，它將被支配一個(gè)額外編號“BCPXXXX”，同時(shí)它原有的RFC文檔和編號仍保留。（4）當(dāng)一個(gè)RFC文檔被接納為“你的信息”FYI時(shí)，它將被支配一個(gè)額外編號“FYIXXXX”，同時(shí)它原有的RFC文檔和編號仍保留。返回1.6下一代因特網(wǎng)

1.6.1邁向新一代網(wǎng)絡(luò) 問題：因特網(wǎng)的商業(yè)化和WWW業(yè)務(wù)的普遍應(yīng)用，使得用戶數(shù)量和業(yè)務(wù)需求急劇增長，導(dǎo)致了帶寬爆炸現(xiàn)象。新的發(fā)展和應(yīng)用對因特網(wǎng)提出了更高的要求：高性能、高牢靠、高平安及QoS保證等，而這些恰恰是因特網(wǎng)所力不從心的。 1996年10月美國克林頓政府出臺了下一代因特網(wǎng)（NextGenerationInternet，NGI）支配，起先著手進(jìn)行下一代高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)的探討。1997年10月，美國約40所高校和探討機(jī)構(gòu)的代表在芝加哥商定共同開發(fā)Internet2。1998年美國100多所高校聯(lián)合成立UCAID(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，從事Internet2探討支配。Internet2已被接受為NGI支配的一部分。下一代因特網(wǎng)要達(dá)到的目標(biāo)：更大、更快、更平安、更剛好、更便利。要解決的主要問題包括：下一代IP協(xié)議、多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS、組播、網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)質(zhì)量保證及網(wǎng)絡(luò)平安等。相