TCP IP网络与协议Word文档下载推荐.docx

1、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，则采用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、层次复杂、给用户的接入和使用带来不便等。三网合一（三网融合）成为了必然趋势。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、数字化创造条件，使融合后的网络成为适应新经济发展并具有业务融合能力的网络基础设施。基于TCP/IP的下一代

2、网络（NGN）将成为目前三大网络的终结者。光通信技术特别是密集波分多路复用技术能够提供高带宽，能够高速度、低成本、安全可靠地传送各类业务信息。1.1.2 国家信息基础设施（NII）为了适应信息社会的发展，保持在国际竞争中的优势地位，1991年美国国会通过了高性能计算和通信计划（HPCC）。1993年11月15日，美国克林顿政府批准由当时的副总统戈尔在美国宣布：“美国将实施一项永久地改变美国公民的生活、工作和沟通方式的国家信息基础设施。” 英文缩写是NII（National Information Infrastructure），该基础设施的核心是美国政府的信息高速公路。国家信息基础设施比信息高

3、速公路有更深的内涵和更广的外延。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、便于获取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。针对美国的信息高速公路计划，欧盟、加拿大、俄罗斯、日本等国家和组织纷纷效仿，相继提出各自的信息高速

4、公路计划。根据各国对信息高速公路的反应，美国前副总统戈尔又代表美国政府不失时机地在国际电信联盟大会上提出了全球信息基础设施（Global Information Infrastructure），即把National变为Global，英文缩写为GII。我国的国家信息基础设施简称为CNII，1993年3月12日，当时的国务院副总理朱镕基主持国务院会议，提出建设“三金工程”，即金桥工程、金关工程和金卡工程。1993年底，正式启动“三金工程”。1.1.3 国家空间数据基础设施与数字地球问题：许多信息都与地理空间位置有关，如交通线路、矿产资源、生态环境等等。但目前的技术和基于WEB的框架还尚未将信息与地

5、理空间参考建立起关联，如果能够建立起这种关联，人们就有可能在网上对虚拟的数字地球进行任意漫游、观察和研究。解决：为了能将与地球和地理相关的空间信息在因特网上准确地表达出来，就需要建立空间数据框架，为此美国前总统克林顿于1994年4月13日签署了建立国家空间数据基础设施NSDI的总统令。美国政府进而提出了投巨资建设国家空间数据基础设施，并在此基础上实现数字地球的战略设想。国家空间数据基础设施主要包括四个部分：（1）空间数据协调、管理与分发体系和机构 负责进行空间数据的维护、更新和开发。（2）空间数据交换网站 负责将地理空间数据的生产者、管理者和使用者用电子方式连接起来。（3）空间数据交换标准 确

6、保各机构生产和收集的数据都符合标准。（4）数字地球空间数据框架 包含最基本的空间数据集。1998年1月31日美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心发表的“数字地球认识21世纪我们这颗星球”的报告中，较详尽地阐述了数字地球的概念，实施数字地球的目的、意义以及关键技术。数字地球是按地理空间位置，以极高的分辨率（1米左右）对大地进行选点抽样，将抽样点上的自然资源信息，社会资源信息作为该点的属性输入到计算机中，然后对这些信息进行统筹安排，抽样分析和逻辑组合，最终为决策者提供服务。虚拟现实技术是实现数字地球的关键技术之一。国家空间数据基础设施属于国家信息基础设施的一部分，它是连接信息高速公路和数字地球的桥

7、梁。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年代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。人们担心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逐渐发展成为今天的因特网。20世纪80年代PC的迅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

8、享需求。1.2.2 网络互联技术为了将许多不同的网络互联起来，需要一种通用的网络互联技术。注意区分网络互连（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协议簇较为庞大，传输控制协议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/

9、IP命名。注意：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。1.3.1 因特网的发展轨迹20世纪5060年代，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研究项目署ARPA（Advanced Research Projects Agency）。并开始研究“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网络的研制计划。1970年，ARPANET初具雏形，它将加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学四所大学的4台不同型号、不

10、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，美国国防部决定以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退出历史舞台，因特网取而代之。1991年，欧洲粒子物理实验室（CERN）的Tim Berners Lee发明了万维网（World Wide Web，WWW）。1991年5月WWW在因特网上首次露面，立即引起轰

11、动，并迅速被推广应用。1996年美国克林顿政府出台下一代因特网（NGI）计划，美国开始进行下一代高速互联网络及其关键技术研究。1998年美国100多所大学联合成立UCAID （University Corporation for Advanced Internet Development），从事Internet2研究计划。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，揭开了中国人使用因特网的序幕。1988年12月，清华大学校园网通过X.25网与加拿大UBC大学（University of British Columbia）相连，开通了电子邮件应用。1990

12、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，并且从此开通了使用中国顶级域名CN的国际电子邮件服务。1993年12月，中关村地区教育与科研示范网络NCFC主干网工程完工，采用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）、清华大学校园网（TUNET）和北京大学校园网（PUNET）。1994年4月，中关村地区教育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研究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

13、级域名（CN）服务器的设置。10月，中国教育和科研计算机网（CERNET）开始启动。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网等方式开始向社会提供因特网接入服务。7月，中国教育和科研计算机网连入美国的128K国际专线开通。8月，建立在中国教育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开始提供服务。因特网

14、进入中国的时间虽短，却经历了爆炸式的发展。1997年，经国家主管部门研究，决定由中国互联网络信息中心（CNNIC）联合互联网络单位来实施中国互联网络发展状况的统计工作。从1998年起CNNIC决定于每年1月和7月发布“中国互联网络发展状况统计报告”。据2005年7月CNNIC发布的“中国互联网络发展状况统计报告”：我国的上网用户数已达10300万，上网计算机总数为4560万，CN下注册的域名数为622534个，WWW站点总数约677500个，我国大陆的IPv4地址数达到了68300032个。国际出口带宽总量为82617M，连接的国家有美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、韩国

15、等。中国互联网国际出口带宽分布情况如表1-1所示：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，这些机构自愿承担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：因特网配置控制委员会（Internet Configuration Control Board，ICCB），该机构成立于1979年，由志愿者参加。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（Internet Activities Board，IAB）取代了ICCB，IAB负责因特网的技术管理和发展战略制订，决定因特网的技术

16、方向。具体工作包括：建立因特网标准；管理请求注解文档RFC的发布过程；建立因特网的策略性计划。1986年，在IAB下成立了两个工作部门：因特网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）因特网研究任务组（Internet Research Task Force，IRTF）。IETF负责因特网中、短期技术标准和协议的研发和制定。IETF将其研究的方向划分为几个单独的研究领域。IETF涉及的技术领域包括：因特网应用、传输与用户服务、网络管理、运行、路由、安全性、与OSI的集成、下一代因特网等。每个领域都设有多个工作小组（Working Group，WG），

17、大量的技术性工作均由这些工作小组承担和完成。因特网工程指导组（Internet Engineering Steering Group，IESG）是IETF的上层机构，它由一些专家和各领域的负责人组成，设一个主席职位。IESG主要负责IETF各项活动及因特网标准制定过程中的技术管理工作。因特网研究任务组IRTF负责长期的、与因特网发展相关的技术问题，协调有关TCP/IP协议和一般体系结构的研究活动。IRTF通过建立重点、长期和小型的研究小组，对因特网的各种协议、应用软件、结构和技术等问题进行重点研究，以促进因特网在未来的发展。1992年，因特网行动委员会更名为因特网体系结构委员会（Interne

18、t Architecture Board），成为同年成立的因特网协会ISOC的技术顾问小组，简称仍为IAB。1.4.2 因特网协会ISOC1992年，一个相当于因特网最高管理机构的组织因特网协会（Internet Society，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（Inter

19、net Network Information Center，InterNIC）成立于1993年1月，InterNIC负责所有以.com、.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（China Internet Network Information Center，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主要提供注册服务、目录数据库服务、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分配机构ICANN因特网名称与数字地址分配机构（The Internet Corpor

20、ation for Assigned Names and Numbers，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地址空间的分配、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。1.4.5 WWW协会W3C万维网（World Wide Web）现已成为人们从因特网上获取信息的最主要途径，万维网的发展极为迅速。WWW协会W3C（World Wide Web Consortium）正是为了适应这一发展，由美国麻省理工学院计算机科学实验室（MIT/LCS

21、）、欧洲国家信息与自动化学院（INRIA）、日本的Keio University Shonan Fujisawa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。1.5 请求注解（RFC） 1.5.1 因特网技术文档RFC（Request For Comments）的含义是请求注解，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技术文档的发布开始于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

22、要通过IESG在因特网上发布一个RFC文档，向外界征询意见。符合因特网标准过程的规范有两类： 技术规范TS（Technical Specification） 适用性陈述AS（Applicability Statement）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使用环境和如何使用，AS为每个TS指定下列5个“需要等级”之一。（1）必需的（2）建议的（3）可选的（4）限制使用的（5）不建议的1.5.2 因特网标准建立过程图1-1描述了因特网的标准化过程和RFC文档的状态。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

23、. 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须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. 非标准轨迹实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 获取RFC文档RFC文档包含了关于因特网的几乎所有的重要资料。RFC文档可以通过电子邮件、FTP或WWW方式获得。最方便的方式还是通过WWW方式得到。是RFC的官方网站。http:/www.rfc-editor.org是RFC编辑小组的网站。以下几点值得注

24、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文档会被分配一个新的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，它将被分配一个标准号“STD XXXX”，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，它将被分配一个额外编号“BCP XXXX”，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，它将被分配一个额外编号“FYI XXXX”，同时它原有的RFC文档和编

25、号仍保留。1.6.1 迈向新一代网络因特网的商业化和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、高可靠、高安全及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（Next Generation Internet，NGI）计划，开始着手进行下一代高速互联网络及其关键技术的研究。1997年10月，美国约40所大学和研究机构的代表在芝加哥商定共同开发Internet2。Internet2已被采纳为NGI计划的一部分。下一代因特网要达到的目标：更大、更快、更安全、更及时、更方便。

26、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安全等。相关的应用涉及：宽带接入、虚拟现实、虚拟数字化图书馆、电子商务、协同工作、网格计算、大规模协同计算与数据库处理等。其他国家和地区也相继开展了下一代高速互联网络研究，其中包括：加拿大的CA*NET3英国的JANET2欧盟GEANT亚太地区的APAN光因特网也叫IP over DWDM。指的是直接在光上运行的因特网。在光因特网中，高性能路由器通过光耦合器直接连到WDM光纤，光纤内各波长是链路层互连的。IETF为了解决IPv4的局限性，于1993年末，成立了IPng工作部，该工作部制订了IPng技

27、术准则，并根据此准则来对已经提出的各种方案进行评价。1.6.2 中国的下一代互联网络本章要点国家信息基础设施由通信网络、终端设备、数据信息、应用系统、相关标准以及专业人才构成。NII,GII,CNII电信网、计算机网和有线电视网三网合一是信息网络发展的必然，基于TCP/IP的下一代网络将成为最终的网络平台。TCP/IP是当前的因特网协议簇的总称，TCP和IP是其中的两个最重要的协议。RFC的适用性陈述AS为每个技术规范TS指定“需要等级”：必需的、建议的、可选的、限制使用的和不建议的。RFC标准轨迹由3个成熟级构成：提案标准、草案标准和标准。下一代因特网:网络:IP over DWDM光网络；

28、协议：IPv6；应用：涉及宽带接入、虚拟现实、虚拟数字化图书馆、电子商务、协同工作、网格计算、大规模协同计算与数据库处理等。第2章 计算机网络与因特网体系结构2.1 计算机网络概念2.2 因特网体系结构2.3 OSI-RM与TCP/IP的关系2.4 TCP/IP协议簇2.1 计算机网络概念 2.1.1 计算机网络的产生和发展计算机技术和通信技术的发展和结合，形成了计算机网络。计算机网络是利用通信线路连接起来的，通过通信协议实现资源共享的独立的计算机的集合。20世纪50年代，为了共享远地的计算资源，将终端通过通信线路与远地的计算机相连，构成了面向终端的计算机网络。20世纪60年代末，ARPANE

29、T的出现真正标志着计算机网络的形成。20世纪70年代，计算机网络体系结构得到了逐步完善和规范化。国际标准化组织ISO推出了开放系统互连的7层参考模型。20世纪80年代，微型计算机系统的发展和普及促进了局域网的迅速崛起，形成了网络互联的格局。20世纪90年代，WWW的出现和因特网的商业化使得因特网以极其迅猛的速度向全球蔓延。局域网逐渐成了以太网的一统天下。TCP/IP也成为了进行网络互联的必选协议。进入21世纪后，无线网络的发展非常迅速，下一代网络技术的研究如火如荼。2.1.2 计算机网络的分类网络的拓扑图是一种抽象，主机和连网设备被抽象为点，通信线路被抽象为线。拓扑图中的点通常称为结点，结点分为：交换结点一般指进行信息转发的连网设备，访问结点一般是指使用或提供服务的主机。网络拓扑图中的线通常称为链路。需要注意的是逻辑结构和物理结构的概念。按照网络的覆盖范围，网络可以划分为：广域网（Wide Area Network，WAN）城域网（Metropolitan Area