1.1

很多不同的厂家生产各种型号的计算机它们运行完全不同的操作系统但

P协议族允许它们互相进行通信。

这一点很让人感到吃惊因为它的作用已远远超出了起初的设想。

T

P起源于

0年代已发展成为计算机间最常应用的组网形式。

它是一个真正的开放系统因为协议族的定义及其多种实现可以不用花钱花很少的钱就可以公开地得到。

它成为被称作“全球互联网”或“因特网(Internet)”的基础该广域网

1.2

网络协议通常分不同层次进行开发每一层分别负责不同的通信功能。

一个协议族比如

链路层有时也称作数据链路层或网络接口层通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机

中对应的网络接口卡。

它们一起处理与电缆或其他任何传输媒介的物理接口细节。

网络层有时也称作互联网层处理分组在网络中的活动例如分组的选路。

在T

P协议族中网络层协议包括

t互联网控制报文议以及IGMP协议Internet组管理协议。

TCP传输控制协议和

UDP用户数据报协议。

TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。

它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层确认接收到的分组设置发送最后确认分组的超时时钟等。

由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信因此应用层可以忽略所有这些细节。

而另一方面

P则为应用层提供一种非常简单的服务。

它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机但并不保证该数据报能到达另一端。

任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

P实现都会提供下面这些

P服务器程序。

大多数的网络应用程序都被设计成客户—服务器模式。

服务器为客户提供某种服务在本例中就是访问服务器所在主机上的文件。

在远程登录应用程序

Telnet中为客户提供的服务是登录到服务器主机上。

在同一层上双方都有对应的一个或多个协议进行通信。

例如某个协议允许

在图1

2的右边我们注意到应用程序通常是一个用户进程而下三层则一般在操作系

在图1

2中顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。

应用层关心的是应用程序的细节而不是数据在网络中的传输活动。

下三层对应用程序一无所知但它们要处理所有的通信细节。

在图1

网络接口层和应用层的目的是很显然的—前者处理有关通信媒介的细节以太网、令牌环网等而后者处理某个特定的用户应用程序

P、Te

t等。

但是从表面上看网络层和运输层之间的区别不那么明显。

为什么要把它们划分成两个不同的层次呢为了理解这一点我们必须把视野从单个网络扩展到一组网络。

在80年代网络不断增长的愿意之一是大家都意识到只有一台孤立的计算机构成的“孤岛”

没有太大意义于是就把这些孤立的系统组在一起形成网络。

随着这样发展到了90年代我们又逐渐认识到这种由单个网络构成的新的更大的“岛屿”同样没有太大的意义。

于是人们又把多个网络连在一起形成一个网络的网络或称作互联网internet。

一个互联网就是一组通过相同协议族互联在一起的网络。

构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。

它是一种特殊的用于网络互连的硬件盒。

路由器的好处是为不同类型的物理网络提供连接以太网、令牌环网、点对点的链接和

这些盒子也称作IP路由器IP

P文献中都使用这个术语。

现在网关这个术语只用来表示应用层网关一个连接两种不同协议族的进程例如TCP/IP和IBM的SNA它为某个特定的应用程序服务常常是电子邮件或文件传输。

3是一个包含两个网络的互连网一个以太网和一个令牌环网通过一个路由器互相连接。

尽管这里是两台主机通过路由器进行通信实际上以太网中的任何主机都可以与令牌环网中的任何主机进行通信。

End

End-to-end协议。

在图中只有端系统需要这两层协议。

但是网络层提供的却是逐跳

P协议族中网络层

地把分组从源结点送到目的结点但是并不提供任何可靠性保证。

而另一方面

P采用了超时重传、发送和接收端到端的确认分组等机制。

由此可见运输层和网络层分别负责不同的功能。

从定义上看一个路由器具有两个或多个网络接口层因为它连接了两个或多个网络。

任何具有多个接口的系统英文都称作是多接口的

(multihomed)。

一个主机也可以有多个接口但一般不称作路由器

除非它的功能只是单纯地把分组从一个接口传送到另一个接口。

同样路由器并不一定指那种在互联网中用来转发分组的特殊硬件盒。

大多数的

P实现也允许一个多接口主机来担当路由器的功能但是主机为此必须进行特殊的配置。

在这种情况下我们既可以称该系统为主机当它运行某一应用程序时如

P或Te

t也可以称之为路由器当它把分组从一个网络转发到另一个网络时。

在不同的场合下使用不同的术语。

互联网的目的之一是在应用程序中隐藏所有的物理细节。

虽然这一点在图

3由两个网络

组成的互联网中并不很明显但是应用层不能关心也不关心一台主机是在以太网上而另一台主机是在令牌环网上它们通过路由器进行互连。

随着增加不同类型的物理网络可能会有

0个路由器但应用层仍然是一样的。

物理细节的隐藏使得互联网功能非常强大也非常有用。

连接网络的另一个途径是使用网桥。

网桥是在链路层上对网络进行互连而路由器则是在网络层上对网络进行互连。

网桥使得多个局域网

N组合在一起这样对上层来说就

倾向于使用路由器而不是网桥来连接网络因此我们将着重介绍路由器。

1.3

TCP和UDP是两种最为著名的运输层协议二者都使用IP作为网络层协议。

虽然TCP使用不可靠的IP服务但它却提供一种可靠的运输层服务。

UDP为应用程序发送和接收数据报。

一个数据报是指从发送方传输到接收方的一个信息单元例如发送方指定的一定字节数的信息。

但是与TCP不同的是UDP是不可靠的它不能保证数据报能安全无误地到达最终目的。

和每个中间路由器中的IP层在互联网中进行传输。

在图1-4中我们给出了一个直接访问

用程序。

这是很少见的但也是可能的一些较老的选路协议就是以这种方式来实现的。

当然

ICMP是IP协议的附属协议。

IP层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。

尽管ICMP主要被IP使用但应用程序也有可能访问它。

我们将分析两个流行的诊断工具Ping和Traceroute它们都使用了ICMP。

P地址解析协议和

1、2、3等。

IP地址具有一定的结构五类不同的互联网地址格式如图

1.5

P地址可以识别主机上的网络接口进而访问主机但是人们最喜欢使用的还

P领域中域名系统

现在我们必须理解任何应用程序都可以调用一个标准的库函数来查看给定名字的主机

的IP地址。

类似地系统还提供一个逆函数—给定主机的IP地址查看它所对应的主机名。

们用Telnet进行远程登录时既可以指定一个主机名也可以指定一个

1.6

一串比特流送入网络。

其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息有时还要增加尾部

P传给

datagram)。

通过以太网传输的比特流称作帧(Frame)。

图1-7中帧头和帧尾下面所标注的数字是典型以太网帧首部的字节长度。

更准确地说图

分组既可以是一个IP数据报也可以是IP数据报的一个片fragment。

P数据与

t的端口号来表示不同的应用程序。

TCP和UDP把源端口号和目的端口号分别存入报文首部中。

网络接口分别要发送和接收

P数据因此也必须在以太网的帧首部中加入某种形式的标识以指明生成数据的网络曾协议。

为此以太网的帧首部也有一个16bit的帧类型域。

1.7

当目的主机收到一个以太网数据帧时数据就开始从协议栈中由底向上升同时去掉各

层协议加上的报文首部。

每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识以确定接收数据的

Demultiplexing图1-8显示了该过程是如何发生的。

1-4中把它们与IP放在

同一层上那是因为事实上它们是IP的附属协议。

但是在这里我们又把它们放在IP层

对于ARP和RARP我们也遇到类似的难题。

在这里把它们放在以太网设备驱动程

2-4

当进一步描述TCP的细节时我们将看到协议确实是通过目的端口号、源

IP地址和源端口

到1992年为止知名端口号介于1255之间。

2561023之间的端口号通常都是由

Unix系统才

有的、而其他操作系统可能不提供的服务。

现在IANA管理11023之间所有的端口号。

Internet扩展服务与Unix特定服务之间的一个差别就是Telnet和Rlogin。

它们二者都

可以在所有操作系统上进行实现。

相反Rlogin最开始时只是为Unix系统设计的尽管

许多非Unix系统现在也提供该服务因此在80年代初它的有名端口号为513。

客户端通常对它所使用的端口号并不关心只需保证该端口号在本机上是唯一的就可以

了。

客户端口号又称作临时端口号即存在时间很短暂。

这是因为它通常只是在用户运行该

大多数T

2.2是一个很有名的例外。

通常TCP和UDP的缺省临时端口号从

在E.4节中我们将详细描述系统管理员如何对配置选项进行修改以改变这些缺省项。

大多数U

x系统有保留端口号的概念。

只有具有超级用户特权的进程才允许给它自己分配一个

这些端口号介于