TCP/IP网络与协议主讲：莫再峰课程内容第 1章 概述第 2章 计算机网络与因特网体系结构第 3章 IP地址第 4章 地址解析第 5章 IP协议第 6章 差错与控制报文协议第 7章 IP路由第 8章 传输层协议第 9章 域名系统第 10章 引导协议与动态主机配置协议第 11章 IP组播第 12章 文件传输协议第 13章 邮件传输协议第 14章 远程登录协议第 15章 超文本传输协议第 16章 简单网络管理协议第 17章 移动 IP
第 18章 因特网服务质量第 19章 多协议标签交换第 20章 因特网安全第 21章 新一代因特网协议
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（ 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
（ 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。
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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。
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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（ 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,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、韩国等。
中国互联网国际出口带宽分布情况如表 1-1所示：
网 络 国际出口带宽中国科技网（ CSTNET） 5275M
中国公用计算机互联网（ CHINANET） 44895M
中国教育和科研计算机网（ CERNET） 1599M
中国联通互联网（ UNINET） 3450M
中国网络通信 集团（宽带中国 CHINA169 网） 26111M
中国国际经济贸易互联网（ CIETNET） 2M
中国移动互联网（ CMNET） 1285M
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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
（ 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），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 （ Internet 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 ISOC
1992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 （ Internet 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 Corporation 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）、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。
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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,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
因特网标准因特网草案
RFC 文档集提案标准草案标准标 准 历史性的实验性的信息性的 最佳当前实现
STD X X X X FYI X X X X BCP X X X X
未知性的图 1 - 1 In ter net 标准化过程及文档状态删除
6 个月内被推荐成为 RFC 文档或者未能被推荐成为 RFC 文档
6 个月内被新版草案取代进入新一轮非正式评议被推荐为 RFC
标准轨迹 非标准轨迹
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。
http://www.rfc.net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文档和编号仍保留。
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1.6 下一代因特网
1.6.1 迈向新一代网络问题,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。 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。
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。 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
1,NSFCNET
2,CNGI计划
3,CERNET2计划本章要点
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。
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。
IETF负责因特网中、短期技术标准和协议的研发和制定。
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； 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 18章 因特网服务质量第 19章 多协议标签交换第 20章 因特网安全第 21章 新一代因特网协议
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（ 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
（ 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。
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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。
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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（ 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,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、韩国等。
中国互联网国际出口带宽分布情况如表 1-1所示：
网 络 国际出口带宽中国科技网（ CSTNET） 5275M
中国公用计算机互联网（ CHINANET） 44895M
中国教育和科研计算机网（ CERNET） 1599M
中国联通互联网（ UNINET） 3450M
中国网络通信 集团（宽带中国 CHINA169 网） 26111M
中国国际经济贸易互联网（ CIETNET） 2M
中国移动互联网（ CMNET） 1285M
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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
（ 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），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 （ Internet 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 ISOC
1992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 （ Internet 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 Corporation 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）、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。
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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,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
因特网标准因特网草案
RFC 文档集提案标准草案标准标 准 历史性的实验性的信息性的 最佳当前实现
STD X X X X FYI X X X X BCP X X X X
未知性的图 1 - 1 In ter net 标准化过程及文档状态删除
6 个月内被推荐成为 RFC 文档或者未能被推荐成为 RFC 文档
6 个月内被新版草案取代进入新一轮非正式评议被推荐为 RFC
标准轨迹 非标准轨迹
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。
http://www.rfc.net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文档和编号仍保留。
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1.6 下一代因特网
1.6.1 迈向新一代网络问题,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。 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。
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。 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
1,NSFCNET
2,CNGI计划
3,CERNET2计划本章要点
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。
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。
IETF负责因特网中、短期技术标准和协议的研发和制定。
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； 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。
