TCP/IP網絡與協議姜宏岸1.1信息社會與信息基礎設施

1.1.1信息社會信息社會是美國社會學家貝爾提出的一種社會模式，信息社會又稱為情報化社會和超工業化社會。美國將來學家托夫勒的《第三次浪潮》提出：第一次浪潮是農業革命，對應農業社會；其次次浪潮是工業革命，對應工業社會；第三次浪潮是信息革命，第三次浪潮將產生一種新的文明社會——信息社會。當今社會進行物質生產活動和精神生產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，信息是最重要的戰略資源。對于材料和能源，保證其流通的網絡是交通網絡、輸油管道、電力網絡等；對于信息資源，則接受通信網絡來進行傳輸。 目前的通信網絡主要包括三個獨立運行的網絡：電信網、計算機網和有線電視網。與這三個網絡對應的終端設備分別是電話、計算機和電視設備。三大網絡的并存帶來的問題：基礎設施重復建設、建網成本高、網絡效率低、層次困難、給用戶的接入和運用帶來不便等。三網合一（三網融合）成為了必定趨勢。三網合一的目標是有效整合各類網絡資源，提高信息產業的整體水平，為社會經濟網絡化、數字化創建條件，使融合后的網絡成為適應新經濟發展并具有業務融合實力的網絡基礎設施。基于TCP/IP的下一代網絡（NGN）將成為目前三大網絡的終結者。光通信技術特殊是密集波分多路復用技術能夠供應高帶寬，能夠高速度、低成本、平安牢靠地傳送各類業務信息。1.1.2國家信息基礎設施（NII）

國家信息基礎設施主要由以下幾部分構成：（1）符合公共標準的、互聯的、具有多種接入方式的、能傳輸多種信息的通信網絡；（2）常駐在網絡上的高性能計算設備，各種固定的、移動的、有線的或無線的智能終端設備；（3）多種形式的、可以共享的、便于獲得的數據庫和其它信息；（4）各類用于訪問、處理信息的應用程序和軟件；（5）各種用于實現網絡間互聯和互操作的網絡標準；（6）對信息進行生成、更新和維護的專業人才，對網絡進行規劃、建設、維護和管理的網絡人才，對應用系統進行開發和維護的人才。

1.2網絡互聯的動機和技術1.2.1網絡互聯的動機 廣域網最初連網的要求主要出自兩點：健壯的分布式系統需求和資源共享需求。因特網的前身ARPANET就是美國國防部在20世紀60年頭與前蘇聯進行核軍備競賽的產物。該系統的分布特征保證在系統的局部被破壞時，不會造成全局癱瘓。人們擔憂的第三次世界大戰并沒有爆發，ARPANET卻在資源共享需求的驅動下漸漸發展成為今日的因特網。20世紀80年頭PC的快速發展和普及使得一個單位和部門擁有多臺個人計算機，出于信息傳遞和資源共享的需求，這些個人計算機按單位和部門構成了一個個局域網。這些局域網具有以下特點：（1）固有的獨立性（2）特定的硬件技術（3）不同目的的應用獨立的局域網有資源共享需求。1.2.2網絡互聯技術為了將很多不同的網絡互聯起來，須要一種通用的網絡互聯技術。 留意區分網絡互連（interconnecting）和網絡互聯（internetworking）兩個不同的概念。網絡互連指的是網絡的物理連接，是底層的連接；網絡互聯不僅是物理上的連接，還包括邏輯上的連接。 網絡互聯的根本問題是解決網絡技術和應用所帶來的網絡異構性問題。網絡的功能主要由各層的協議來完成，互聯網技術經過多年的發展形成了現在的TCP/IP協議。TCP/IP是當前的因特網協議簇的總稱，TCP/IP協議簇較為浩大，傳輸限制協議TCP和因特網協議IP是其中的兩個最重要的協議，因此，因特網協議簇以TCP/IP命名。留意：TCP/IP協議既可以用于網絡之間的互聯，又可以用于局域網內部的聯網。返回1.3因特網的形成和發展1.3.1因特網的發展軌跡20世紀50—60年頭，美國和前蘇聯兩個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目署ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）。并起先探討“分時計算機的合作網絡”。1967年，Roberts提出了分組交換計算機網絡“ARPANET”的方案。1969年美國國防部下達ARPANET網絡的研制支配。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、不同數據格式、不同終端的計算機以分組交換協議連接起來。1973年，ARPANET擴展成國際因特網，英國和挪威與ARPANET成功連接。1978年，美國國防部確定以TCP/IP協議的第4版作為其數據通信網絡的標準。1982年，美國防部通信局（DCA）將ARPANET各站點的通信協議全部轉為TCP/IP。1986年，美國自然科學基金會網絡NSFNET建成。1990年，ARPANET退出歷史，因特網取而代之。1991年，歐洲粒子物理試驗室（CERN）的TimBernersLee獨創了萬維網（WorldWideWeb，WWW）。1991年5月WWW在因特網上首次露面，立刻引起轟動，并快速被推廣應用。1996年美國克林頓政府出臺下一代因特網（NGI）支配，美國起先進行下一代高速互聯網絡及其關鍵技術探討。1998年美國100多所高校聯合成立UCAID(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，從事Internet2探討支配。1.3.2中國互聯網的發展

1987年9月20日，錢天白教授發出我國第一封電子郵件，揭開了中國人運用因特網的序幕。1988年12月，清華高校校內網通過X.25網與加拿大UBC高校（UniversityofBritishColumbia）相連，開通了電子郵件應用。1990年10月，錢天白教授代表中國正式在國際互聯網絡信息中心的前身DDN-NIC注冊登記了我國的頂級域名CN，并且從今開通了運用中國頂級域名CN的國際電子郵件服務。1993年12月，中關村地區教化與科研示范網絡NCFC主干網工程完工，接受高速光纜和路由器將三個院校網互連。這三個院校網是中科院院網（CASNET）、清華高校校內網（TUNET）和北京高校校內網（PUNET）。1994年4月，中關村地區教化與科研示范網絡通過美國Sprint公司連入因特網的64K國際專線開通，實現了與因特網的全功能連接。5月，中國科學院高能物理探討所設立了國內第一個WEB服務器；中國科學院計算機網絡信息中心完成了中國國家頂級域名(CN)服務器的設置。10月，中國教化和科研計算機網（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，并通過電話網、DDN專線以及X.25網等方式起先向社會供應因特網接入服務。7月，中國教化和科研計算機網連入美國的128K國際專線開通。8月，建立在中國教化和科研計算機網上的水木清華BBS正式開通，成為中國大陸第一個因特網上的BBS。12月，中科院百所聯網工程完成，建立了中國科技網（CSTNET）。1996年1月，中國公用計算機互聯網（CHINANET）主干網建成并正式開通，全國范圍的公用計算機互聯網絡起先供應服務。中國互聯網國際出口帶寬分布狀況如表1-1所示：網絡國際出口帶寬中國科技網（CSTNET）5275M中國公用計算機互聯網（CHINANET）44895M中國教育和科研計算機網（CERNET）1599M中國聯通互聯網（UNINET）3450M中國網絡通信集團（寬帶中國CHINA169網）26111M中國國際經濟貿易互聯網（CIETNET）2M中國移動互聯網（CMNET）1285M返回1.4有關因特網的組織機構1.4.1因特網體系結構委員會IAB因特網的最大特點是管理上的開放性。先后成立了一些非贏利的組織機構，這些機構自愿擔當起了因特網的管理職責。最早的因特網機構是ARPA成立的一個非正式的委員會：因特網配置限制委員會（InternetConfigurationControlBoard，ICCB），該機構成立于1979年，由志愿者參與。其功能是協調和引導因特網協議和體系結構的設計。1983年，因特網行動委員會（InternetActivitiesBoard，IAB）取代了ICCB，IAB負責因特網的技術管理和發展戰略制訂，確定因特網的技術方向。具體工作包括：建立因特網標準；管理懇求注解文檔RFC的發布過程；建立因特網的策略性支配。1986年，在IAB下成立了兩個工作部門：因特網工程任務組（InternetEngineeringTaskForce，IETF）因特網探討任務組（InternetResearchTaskForce，IRTF）。IETF負責因特網中、短期技術標準和協議的研發和制定。1.4.2因特網協會ISOC

1992年，一個相當于因特網最高管理機構的組織因特網協會（InternetSociety，ISOC）成立。ISOC總部及秘書處設在美國弗吉尼亞州萊斯頓地區。作為一個非贏利的行業性全球因特網協調與合作國際組織，ISOC致力于確保全球因特網發展的有益性和開放性，并就因特網技術制定標準、發布信息、進行培訓。此外，ISOC還致力于社會、經濟、政治、道德、立法等能夠影響因特網發展方向的工作。1.4.3因特網網絡信息中心InterNIC

因特網網絡信息中心（InternetNetworkInformationCenter，InterNIC）成立于1993年1月，InterNIC負責全部以、.org、.net和.edu結尾的頂級國際域名的注冊與管理。中國互聯網絡信息中心（ChinaInternetNetworkInformationCenter，CNNIC）成立于1997年6月。是我國的非盈利互聯網管理與服務機構，行使中國國家互聯網絡信息中心的職責。CNNIC主要供應注冊服務、書目數據庫服務、信息服務、網站訪問流量認證。1.4.4因特網名稱與數字地址支配機構ICANN因特網名稱與數字地址支配機構(TheInternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN)成立于1998年10月，是一個集合了各地網絡界的商業、非商業、技術及學術領域專家的非盈利組織。ICANN負責IP地址空間的支配、協議標識符的指派、通用頂級域名（gTLD）以及國家和地區頂級域名（ccTLD）系統的管理以及根服務器系統的管理。1.4.5WWW協會W3C

萬維網（WorldWideWeb）現已成為人們從因特網上獲得信息的最主要途徑，萬維網的發展極為快速。WWW協會W3C（WorldWideWebConsortium）正是為了適應這一發展，由美國麻省理工學院計算機科學試驗室（MIT/LCS）、歐洲國家信息與自動化學院（INRIA）、日本的KeioUniversityShonanFujisawa聯合組成的國際性組織。 W3C負責確定和頒布有關WWW應用的標準。返回1.5懇求注解（RFC）

1.5.1因特網技術文檔RFC（RequestForComments）的含義是懇求注解，它是一系列關于因特網的技術文檔。RFC涉及計算機網絡的概念、協議、過程、程序、會議紀要、觀點看法甚至幽默等諸多方面的內容。RFC技術文檔的發布起先于1969年，截止2004年8月RFC文檔數已達3800多篇。當某一機構、團體或個人開發出了一個標準或者想對某一標準提出自己的設想，希望得到大家的認可時，就要通過IESG在因特網上發布一個RFC文檔，向外界征詢看法。符合因特網標準過程的規范有兩類：技術規范TS（TechnicalSpecification）適用性陳述AS（ApplicabilityStatement） TS是關于協議、服務、過程、約定和格式的描述。 AS定義一到多個技術規范的運用環境和如何運用，AS為每個TS指定下列5個“須要等級”之一。（1）必需的（2）建議的（3）可選的（4）限制運用的（5）不建議的1.5.2因特網標準建立過程

RFC文檔有8種狀態。3個狀態屬于標準化軌跡，3個狀態屬于非標準化軌跡，2個狀態為其他狀態。1.前期準備工作一個規范文檔要進入因特網標準化軌跡之前，首先應作為因特網草案接受非正式的評論。2.標準軌跡試圖成為因特網標準的規范必需經過一系列的成熟級，這組成熟級即為因特網標準軌跡。標準軌跡由3個成熟級構成：提案標準草案標準因特網標準3.非標準軌跡試驗性的規范信息性的規范歷史性的規范4.其他狀態當前最佳實現BCP。未知性的1.5.3獲得RFC文檔 RFC文檔包含了關于因特網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的官方網站。 ://是RFC編輯小組的網站。以下幾點值得留意：（1）當一個RFC文檔被發布的時候，它就會獲得一個RFC編號。若一個RFC文檔被更新，那么新的RFC文檔會被支配一個新的RFC編號，過時的RFC文檔及編號仍保持不變，而在新的RFC文檔頭部將標明它所廢止的舊RFC文檔號。（2）當一個RFC文檔被接納為因特網標準時，它將被支配一個標準號“STDXXXX”，同時它原有的RFC文檔和編號仍保留。（3）當一個RFC文檔被接納為當前最佳實現BCP時，它將被支配一個額外編號“BCPXXXX”，同時它原有的RFC文檔和編號仍保留。（4）當一個RFC文檔被接納為“你的信息”FYI時，它將被支配一個額外編號“FYIXXXX”，同時它原有的RFC文檔和編號仍保留。返回1.6下一代因特網

1.6.1邁向新一代網絡 問題：因特網的商業化和WWW業務的普遍應用，使得用戶數量和業務需求急劇增長，導致了帶寬爆炸現象。新的發展和應用對因特網提出了更高的要求：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（NextGenerationInternet，NGI）支配，起先著手進行下一代高速互聯網絡及其關鍵技術的探討。1997年10月，美國約40所高校和探討機構的代表在芝加哥商定共同開發Internet2。1998年美國100多所高校聯合成立UCAID(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，從事Internet2探討支配。Internet2已被接受為NGI支配的一部分。下一代因特網要達到的目標：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協議、多協議標簽交換MPLS、組播、網絡管理、服務質量保證及網絡平安等。相