TCPIP网络与协议

TCP-IP网络与协议第1章概述1.1信息社会与信息基础设施1.2网络互联的动机和技术1.3因特网的形成和发展1.4有关因特网的组织机构1.5请求注解（RFC）1.6下一代因特网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。美国未来学家托夫勒的《第三次浪潮》提出：第一次浪潮是农业革命，对应农业社会；第二次浪潮是工业革命，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。虽然对于人类是否已经真正进入了信息社会还存在不同的看法，但信息社会必然取代工业社会是所有学者的共识。不同的社会有着与其相适应的基础设施。农业社会：土地、农具等生产资料；工业社会：能源、引擎、交通等设施；信息社会：信息基础设施(信息高速公路)信息基础设施是当今信息社会赖以存在和发展的基本保障。信息社会中信息的完整收集、迅速传递、正确处理和有效利用都离不开信息基础设施。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（NationalInformationInfrastructure），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（GlobalInformationInfrastructure），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梁。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/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（AdvancedResearchProjectsAgency）。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TimBernersLee发明了万维网（WorldWideWeb，）。1991年5月在因特网上首次露面，立即引起轰动，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(UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment)，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（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，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、韩国等。中国互联网国际出口带宽分布情况如表1-1所示：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（InternetConfigurationControlBoard，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（InternetActivitiesBoard，IAB）取代了ICCB，IAB负责因特网的技术管理和发展战略制订，决定因特网的技术方向。具体工作包括