TCP/IP详解 (1)

TCP/IP详解

1 概述

1.1 引言
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TCP/IP
协议组件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。TCP/IP起源于60年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目，到现
在90年代已发展成为计算机之间最常应用的组网形式。它是一个真正的开放系统，因为
协议组件的定义及其多种实现可以不用花钱或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（WAN）已包含超过100
万台遍布世界各地的计算机。
本章主要对TCP/IP协议组件进行概述，其目的是为本书其余章节提供充分的背景知
识。如果读者要从历史的角度了解有关TCP/IP的早期发展情况，请参考文献[Lynch
1993]。

1.2 分层
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。一个协议组
件，比如TCP/IP，是一组不同层次上的多个协议的组合。TCP/IP通常被认为是一个四层
协议系统，如图1.1所示。

图1.1 TCP/IP协议组件的四个层次

每一层负责不同的功能：
1. 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。
2. 网络层，有时也称作互连网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的路由选
择。在TCP/IP协议组件中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet
互连网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。
3. 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议组件中，
有两个互不相同的传输协议：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，UDP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。
这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点我们将在后面看
到。
4. 应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下
面这些通用的应用程序：
·Telnet 远程登录
·FTP 文件传输协议
·SMTP 用于电子邮件的简单邮件传输协议
·SNMP 简单网络管理协议
另外还有许多其他应用，我们在后面章节中将介绍其中的一部分。

假设我们在一个局域网（LAN）如以太网中有两台主机，二者都运行FTP协议，图
1.2列出了该过程所涉及到的所有协议。

图1.2 局域网上运行FTP的两台主机

这里，我们列举了一个FTP客户程序和另一个FTP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TCP
层进行通信，而另一个协议则允许两个IP层进行通信。
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
（操作系统）内核中执行。尽管这不是必需的，但通常都是这样处理的，例如UNIX操作
系统。
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。
我们在图1.2中例举了四种不同层次上的协议。FTP是一种应用层协议，TCP是一种
运输层协议，IP是一种网络层协议，而以太网协议则应用于链路层上。TCP/IP协议组件
是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议组件为TCP/IP，但TCP
和IP只是其中的两种协议而已。（该协议组件的另一个名字是Internet协议族
(Internet Protocol Suite)。
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（FTP，Telnet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，网络不断增长的原因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。随着这样的发展，
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，或称作互连网
(internet)。一个互连网就是一组通过相同协议族互连在一起的网络。
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，FDDI（光纤分布式数据接口）等等。

（下面是原书p.4①的译文）
这些盒子也称作IP路由器（IP Routers），但我们这里使用路由器(Router)这个术
语。
从历史上说，这些盒子称作网关（gateways），在很多TCP/IP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组件的进程（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）。

图1.3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。
在图1.3中，我们可以划分出端系统（end system）（两边的两台主机）和中间系
统（intermediate system）（中间的路由器）。应用层和运输层使用端到端
（end-to-end）协议。在我们的图中，只有端系统需要这两层协议。但是，网络层提供
的却是逐跳（hop-by-hop）协议，两个端系统和每个中间系统都要使用它。

图1.3 通过路由器连接的两个网络

在TCP/IP协议组件中，网络层IP提供的是一种不可靠的服务。也就是说，它只是尽
可能快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，
TCP在不可靠的IP层上提供了一个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务，TCP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连网中用来转发分组的特殊硬件盒。大多
数的TCP/IP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
FTP或Telnet），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）。
我们在不同的场合下使用不同的术语。
互连网的目标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1.3由两
个网络组成的互连网中并不很明显，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20个路由器，但应用层仍然是一样的。物理细节的隐藏使得互连
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（LAN）组合在一起，这样对上
层来说就好像是一个局域网。
TCP /IP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。
文献[Perlman 1992]的第12章对路由器和网桥进行了比较。

1.3 TCP/IP的分层
在TCP/IP协议组件中，有很多种协议。图1.4给出了本书将要讨论的其他协议。

图1.4 TCP/IP协议组件中不同层次的协议

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。本书第17章到
第22章将详细讨论TCP的内部操作细节。然后，我们将介绍一些TCP的应用，如第26章中
的Telnet和Rlogin，第27章中的FTP，以及第28章中的SMTP等。这些应用通常都是用户
进程。
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。本书第11章将讨论UDP，然后在
第14章（域名系统：Domain Name System），第15章（简单文件传输协议Trivial File
Transfer Protocol），以及第16章（引导程序协议Bootstrap Protocol）介绍使用UDP
的应用程序。SNMP（简单网络管理协议）也使用了UDP协议，但是由于它还要处理许多
其他的协议，因此本书把它留到第25章再进行讨论。
IP是网络层上的主要协议，同时被TCP和UDP使用。TCP和UDP的每组数据都通过端系
统和每个中间路由器中的IP层在互连网中进行传输。在图1.4中，我们给出了一个直接
访问IP的应用程序。这是很少见的，但也是可能的。（一些较老的路由选择协议就是以
这种方式来实现的。当然新的运输层协议也有可能试用这种方式。）第3章主要讨论IP
协议，但是为了使内容更加有针对性，一些细节将留在后面的章节中进行讨论。第9章
和第10章讨论IP如何进行路由选择。
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。第6章对ICMP的有关细节进行讨论。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（第7章和第8章），
它们都使用了ICMP。
IGMP是Internet组管理协议。它用来把一个UDP数据报多播到多个主机。我们在第
12章中描述广播（把一个UDP数据报发送到某个指定网络上的所有主机）和多点传送的
一般特性，然后在第13章中对IGMP协议本身进行描述。
ARP（地址解析协议）和RARP（逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令
牌环网）使用的特殊协议，用来转换IP层和网络接口层使用的地址。我们分别在第4章
和第5章对这两种协议进行分析和介绍。

1.4 互连网的地址
互连网上的每个接口必须有一个唯一的Internet地址（也称作IP地址）。IP地址长
32 bit。Internet地址并不采用平面形式的地址空间，如1，2，3等。IP地址具有一定
的结构，五类不同的互连网地址格式如图1.5所示。
这些32位的地址通常写成四个十进制的数，其中每个整数对应一个字节。这种表示
方法称作“点分十进制表示法”（dotted decimal notation）。例如，作者的系统就
是一个B类地址，它表示为：140.252.13.33。
区分各类地址的最简单方法是看它的第一个十进制整数。图1.6列出了各类地址的
起止范围，其中第一个十进制整数用加黑字体表示。

图1.5五类互连网地址

图1.6 各类IP地址的范围

需要再次指出的是，多接口主机具有多个IP地址，其中每个接口都对应一个IP地址。
由于互连网上的每个接口必须有一个唯一的IP地址，因此必须要有一个管理机构为接入
互连网的网络分配IP地址。这个管理机构就是互连网络信息中心（Internet Network
Information Centre）称作InterNIC。InterNIC只分配网络号。主机号的分配由系统管
理员来负责。

（下面是原书p.8①的译文）
Internet注册服务(IP地址和DNS域名)过去由NIC来负责，其网络地址是
nic.ddn.mil。1993年4月1日，InterNIC成立。现在，NIC只负责处理国防数据网的注册
请求，所有其他的Internet用户注册请求均由InterNIC负责处理，其网址是：
rs.internic.net。
事实上InterNIC有三部分组成：注册服务（rs.internic.net），目录和数据库服务
（ds.internic.net），以及信息服务（is.internic.net）。有关InterNIC的其他信息
参见习题1.8。

有三类IP地址：单目传送地址（目标为单个主机），广播传送地址（目的端为给定
网络上的所有主机），以及多目传送地址（目的端为同一组内的所有主机）。第12章和
第13章将分别讨论广播传送和多目传送的更多细节。
在3.4节中，我们在介绍IP路由选择以后将进一步介绍子网的概念。图3.9给出了几
个特殊的IP地址：主机号和网络号为全0或全1。

1.5 域名系统
尽管通过IP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
的还是主机名。在TCP/IP领域中，域名系统（DNS）是一个分布的数据库，由它来提供
IP地址和主机名之间的映射信息。我们在第14章将详细讨论DNS。
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。
大多数使用主机名作为参数的应用程序也可以把IP地址作为参数。例如，在第4章
中当我们用Telnet进行远程登录时，我们既可以指定一个主机名，也可以指定一个IP地
址。

1.6 封装
当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被
当作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
增加尾部信息），该过程如图1.7所示。TCP传给IP的数据单元称作TCP报文段或简称为
TCP段（TCP segment）。IP传给网络接口层的数据单元称作IP数据报(IP 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。在后面的
章节中我们将详细讨论这些帧头的具体含义。
以太网数据帧的物理特性是其长度必须在46－1500字节之间。我们将在4.5节遇到
最小长度的数据帧，在2.8节中遇到最大长度的数据帧。

（下面是原书p.9①的译文）
所有的Internet标准和大多数有关TCP/IP的书都使用octet这个术语来表示字节。
使用这个过分雕琢的术语是有历史原因的，因为TCP/IP的很多工作都是在DEC-10系统上
进行的，但是它并不使用8 bit的字节。由于现在几乎所有的计算机系统都采用8 bit的
字节，因此我们在本书中使用字节（byte）这个术语。
更准确地说，图1.7中IP和网络接口层之间传送的数据单元应该是分组（packet）。
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）。我们将在11.5
节讨论IP数据报分片的详细情况。

UDP数据与TCP数据基本一致。唯一的不同是UDP传给IP的信息单元称作UDP数据报
（UDP datagram），而且UDP的首部长为8字节。

图1.7 数据进入协议栈时的封装过程

回想第6页中的图1.4，由于TCP，UDP，ICMP和IGMP都要向IP传送数据，因此IP必须
在生成的IP首部中加入某种标识，以表明数据属于哪一层。为此，IP在首部中存入一个
长度为8比特的数值，称作协议域。1表示为ICMP协议，2表示为IGMP协议，6表示为TCP
协议，17表示为UDP协议。
类似地，许多应用程序都可以使用TCP或UDP来传送数据。运输层协议在生成报文首
部时要存入一个应用程序的标识符。TCP和UDP都用一个16 bit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IP，ARP和RARP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层协议。为此，以太网的帧首部也有一个
16 bit的帧类型域。

1.7 分用（Demultiplexing）
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
收数据的上层协议。这个过程称作分用，图1.8显示了该过程是如何发生的。

图1.8 以太网数据帧的分用过程

（下面是原书p.11①的译文）
为协议ICMP和IGMP定位一直是一件很棘手的事情。在图1.4中，我们把它们与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
层的上面，这是因为ICMP和IGMP报文都被封装在IP数据报中。
对于ARP和RARP我们也遇到类似的难题。在这里我们把它们放在以太网设备驱动程
序的上方，这是因为它们和IP数据报一样，都有各自的以太网数据帧类型。但在图2.4
中，我们又把ARP作为以太网设备驱动程序的一部分，放在IP层的下面，其原因在逻辑
上是合理的。

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
源端口号进行解包的。

1.8 客户服务器模型
大部分网络应用程序在编写时都假设一端是客户，另一端是服务器，其目的是为了
让服务器为客户提供一些特定的服务。
我们可以将这种服务分为两种类型：重复型或并发型。重复型服务器通过以下步骤
进行交互：
I1. 等待一个客户请求的到来。
I2. 处理客户请求。
I3. 发送响应给发送请求的客户。
I4. 返回I1步骤。
重复型服务器主要的问题发生在I2状态。在这个时候，它不能为其他客户机提供服务。
相应地，并发型服务器采用以下步骤：
C1. 等待一个客户请求的到来
C2. 启动一个新的服务器来处理这个客户的请求。在这期间可能生成一个新的进程、任
务或线程，并依赖底层操作系统的支持。这个步骤如何进行取决于操作系统。生成的新
服务器对客户的全部请求进行处理。处理结束后，终止这个新服务器。
C3.返回C1步骤。
并发服务器的优点在于它是利用生成其他服务器的方法来处理客户的请求。也就是
说，每个客户都有它自己对应的服务器。如果操作系统允许多任务，那么就可以同时为
多个客户同时服务。
我们对服务器，而不是对客户进行分类的原因是因为对于一个客户来说，它通常并
不能够辨别自己是与一个重复型服务器或并发型服务器进行对话。
一般来说，TCP服务器是并发的，而UDP服务器是重复的，但也存在一些例外。我们
将在11.12节对UDP对其服务器产生的影响进行详细讨论，并在18.11节对TCP对其服务器
的影响进行讨论。

1.9 端口号
我们前面已经指出过，TCP和UDP采用16比特的端口号来识别应用程序。那么这些端
口号是如何选择的呢？
服务器一般都是通过人们所熟知的端口号来识别的。例如，对于每个TCP/IP实现来
说，FTP服务器的TCP端口号都是21，每个Telnet服务器的TCP端口号都是23，每个
TFTP(简单文件传输协议)服务器的UDP端口号都是69。任何TCP/IP实现所提供的服务都
用众所周知的1－1023之间的端口号。这些人们所熟知的端口号由Internet端口号分配
机构（Internet Assigned Numbers Authority, IANA）来管理。

（下面是原书p.13①的译文）
到1992年为止，人们所熟知的端口号介于1－255之间。256－1023之间的端口号通
常都是由Unix系统占用，以提供一些特定的Unix服务――也就是说，提供一些只有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1－1023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。它们二者都允
许我们通过计算机网络登录到其他主机上。Telnet是采用端口号为23的TCP/IP标准且几
乎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
用户运行该客户程序时才存在，而服务器则只要主机开着的，其服务就运行。
大多数TCP/IP实现给临时端口分配1024－5000之间的端口号。大于5000的端口号是
为其他服务器预留的（Internet上并不常用的服务)。我们可以在后面看见许多这样的
给临时端口分配端口号的例子。

（下面是原书p.13②的译文）
Solaris 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32768开始。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Unix系统的file/etc/services都包含了人们熟知的端口号。为了找到Telnet服
务器和域名系统的端口号，我们可以运行以下语句：

（见原书p.13的③）

保留端口号
Unix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
一个保留端口号。
这些端口号介于1到1023之间，一些应用程序（如有名的Rlogin，26.2节）将它作
为客户与服务器之间身份认证的一部分。

1.10 标准化过程
究竟是谁控制着TCP/IP协议组件，又是谁在定义新的标准以及其他类似的事情？事
实上，有四个小组在负责Internet技术。
1. Internet协会（ISOC: Internet Society）是一个推动、支持和促进Internet
不断增长和发展的专业组织，它把Internet作为全球研究通信的基础设施。
2. Internet体系结构委员会（IAB：Internet Architecture Board）是一个技术
监督和协调的机构。它由国际上来自不同专业的15个志愿者组成，其职能是负责
Internet标准的最后编辑和技术审核。IAB隶属于ISOC。
3. Internet工程专门小组（IETF：Internet Engineering Task Force）是一个面
向近期标准的组织，它分为9个领域（应用，寻径和寻址，安全等等）。IETF开发成为
Internet标准的规约。为帮助IETF，又成立了Internet工程指导小组（IESG：
Internet Engineering Steering Group）。
4. Internet研究专门小组主要对长远的项目进行研究。
IRTF和IETF都隶属于IAB。文献[Crocker 1993]提供了关于Internet内部标准化进
程更为详细的信息，同时还介绍了它的早期历史。

1.11 RFC
所有关于Internet的正式标准都以RFC（Request for Comment）文档出版。另外，
大量的RFC并不是正式的标准，出版的目的只是为了提供信息。RFC的篇幅从1页到200页
不等。每一项都用一个数字来标识，如RFC 1122，数字越大说是RFC的内容越新。
所有的RFC都可以通过电子邮件或用FTP从Internet上免费获取。如果发送下面这份电子
邮件，你就会收到一份获取RFC的方法清单：

To: [e-mail]
Subject: getting rfcs
help: ways_to_get_rfcs

最新的RFC索引总是搜索信息的起点。这个索引列出了RFC被替换或局部更新的时间。
下面是一些重要的RFC文档：
1. 赋值RFC（Assigned Numbers RFC）列出了所有Internet协议中使用的数字和常
数。至本书出版时为止，最新RFC的编号是1340 [Reynolds and Postel 1992]。所有著
名的Internet端口号都列在这里。
当这个RFC被更新时（通常每年至少更新一次），索引清单会列出RFC 1340被替换
的时间。
2. Internet正式协议标准，目前是RFC 1600[Postel 1994]。这个RFC描述了各种
Internet协议的标准化现状。每种协议都处于下面几种标准化状态之一：标准，草案标
准，提议标准，实验标准，信息标准，和历史标准。另外，对每种协议都有一个要求的
层次：必需的，建议的，可选择的，限制使用的，或者不推荐的。
与赋值RFC一样，这个RFC也定期更新。请一定随时查看最新版本。
3. 主机需求RFC，1122和1123[Braden 1989a, 1989b]。RFC 1122针对链路层，网
络层和运输层，RFC 1123针对应用层。这两个RFC对早期重要的RFC文档作了大量的纠正
和解释。如果要查看有关协议更详细的细节内容，它们通常是一个入口点。它们列出了
协议中关于“必须”，“应该”，“可以”，“不应该”或者“不能”等特性及其实现
细节。
文献[Borman 1993b]提供了有关这两个RFC的实用内容。RFC 1127[Braden 1989c]
对工作小组开发主机需求RFC过程中的讨论内容和结论进行了非正式的总结。
4．路由器需求RFC，目前正式版是RFC 1009[Braden and Postel 1987]，但一个新
版已接近完成[Aknqyust 1993]。它与主机需求RFC类似，但是只单独描述了路由器的需
求。

1.12 标准的简单服务
有一些标准的简单服务几乎每种实现都要提供。在本书中我们将使用其中的一些服
务程序，而客户程序通常选择Telnet。图1.9描述了这些服务。从该图我们可以看出，
当使用TCP和UDP提供相同的服务时，一般选择相同的端口号.

（下面是原书p.15①的译文）
如果仔细检查这些标准的简单服务以及其他标准的TCP/IP服务（如Telnet, FTP,
SMTP等）的端口号时，我们发现它们都是奇数。这是有历史原因的，因为这些端口号都
是从NCP端口号派生出来的。（NCP，即网络控制协议，是ARPANET的运输层协议，是TCP
的前身。NCP是单工的，不是全双工的，因此每个应用程序需要两个连接，需预留一对
奇数和偶数端口号。当TCP和UDP成为标准的运输层协议时，每个应用程序只需要一个端
口号，因此就使用了NCP中的奇数。

（以下是原书p.16图1.9的译文）
名字
TCP端口号
UDP端口号
RFC
描述
echo
7
7
862
服务器返回客户发送的所有内容。
discard
9
9
863
服务器丢弃客户发送的所有内容。
daytime
13
13
867
服务器以可读形式返回时间和日期。
chargen
19
19
864
当客户发送一个数据报时，TCP服务器发送一串连续的字符流，直到客户中断连接。UDP
服务器发送一个随机长度的数据报。
time
37
37
868
服务器返回一个二进制形式的32 bit数，表示从UTC时间1900年1月1日午夜至今的秒数。

图1.9 大多数实现都提供的标准的简单服务

1.13 互连网
在图1.3中，我们列举了一个由两个网络组成的互连网－一个以太网和一个令牌环
网。在1.4节和1.9节中，我们讨论了世界范围内的互连网－Internet，以及集中分配IP
地址的需要（InterNIC），还讨论了著名的端口号（IANA）。internet这个词第一个字
母是否大写决定了它具有不同的含义。
internet意思是用一个共同的协议族把多个网络连接在一起。而Internet指的是世
界范围内通过TCP/IP互相通信的所有主机集合（超过100万台）。Internet是一个
internet（互连网），但internet不等于Internet。

1.14 实现
既成事实标准的TCP/IP软件实现来自于位于伯克利的加利福尼亚大学的计算机系统
研究小组。从历史上看，软件是随同4.x BSD系统（Berkeley Software Distribution）
的网络版一起发布的。它的源代码是许多其他实现的基础。
图1.10列举了各种BSD版本发布的时间，并标注了重要的TCP/IP特性。列在左边的
BSD网络版，其所有的网络源代码可以公开得到：包括协议本身以及许多应用程序和工
具（如Telnet和FTP）。
在本书中，我们将使用“伯克利派生系统”来指SunOS 4.x, SVR4, 以及AIX 3.2等
那些基于伯克利源代码开发的系统。这些系统有很多共同之处，经常包含相同的错误。

（以下是原书p.17图1.10的译文）
-------------- 4.2BSD (1983) 第一个广泛可用的TCP/IP发布
4.3BSD (1986) TCP性能得到改善
4.3BSD Tahoe (1988) 启动慢，拥塞避免措施
BSD网络软件1.0版(1989)：Net/1
----------------4.3BSD Reno(1990) TCP首部预测，SLIP首部压缩
----------------路由表修改
BSD网络软件2.0版(1991)：Net/2
----------------4.4BSD(1993) 多播，长胖管道修改
4.4BSD-Lite (1994)
又称为Net/3
图1.10 不同的BSD版及其重要的TCP/IP特性

起初关于Internet的很多研究现在仍然在伯克利系统中应用－新的拥塞控制算法
（21.7节），多目传送（12.4节），“又长又胖的管道”修改（24.3节），以及其他类
似的研究。

1.15 应用编程接口
使用TCP/IP协议的应用程序通常采用两种应用编程接口（API）：socket和TLI（运
输层接口：Transport Layer Interface）。前者有时称作“Berkeley socket”，表明
它是从伯克利版发展而来的。后者起初是由AT&T开发的，有时称作XTI（X/Open传输接
口），以承认X/Open这个自己定义标准的国际计算机生产产商所做的工作。XTI实际上
是TLI的一个超集。
本书不是一本编程方面的书，但是偶尔会引用一些内容来说明TCP/IP的特性，不管大多
数的API（socket）是否提供它们。所有关于socket和TLI的编程细节请参阅文献
[Stevens 1990]。

1.16 测试网络
图1.11是本书中所有的例子运行的测试网络。为阅读时参考方便，该图还复制在本
书的封面内侧。

图1.11 本书例子运行的测试网络，所有的IP地址均从140.252开始编址。

在这个图中（作者的子网），大多数的例子都运行在下面四个系统中。图中所有的
IP地址属于B类地址，网络号为140.252。所有的主机名属于.tuc.noao.edu这个域。
（noao代表National Optical Astronomy Observatories，tuc代表Tucson）。例如，
右下方的系统有一个完整的名字: svr4.tuc.noao.edu，其IP地址是：140.252.13.34。
每个方框上方的名称是该主机运行的操作系统。这一组系统和网络上的主机及路由器运
行于不同的TCP/IP实现。
需要指出的是，noao.edu这个域中的网络和主机要比图1.11中的多得多。这里列出
来的只是本书中将要用到的系统。
在3.4节中，我们将描述这个网络所用到的子网形式，在4.6中我们将更介绍sun与
netb之间的拔号SLIP的有关细节。2.4节将详细讨论SLIP。

1.17 小结
本章快速地浏览了TCP/IP协议族，介绍了我们在后面的章节中将要详细讨论的许多
术语和协议。
TCP/IP协议族分为四层：链路层，网络层，运输层和应用层，每一层各有不同的责
任。在TCP/IP中，网络层和运输层之间的区别是最为关键的：网络层（IP）提供点到点
的服务，而运输层（TCP和UDP）提供端到端的服务。
一个互连网是网络的网络。构造互连网的共同基石是路由器，它们在IP层把网络连
在一起。第一个字母大写的Internet是指分布在世界各地的大型互连网，其中包括1万
多个网络和超过100万台主机。
在一个互连网上，每个接口都用IP地址来标识，尽管用户习惯使用主机名而不是IP
地址。域名系统为主机名和IP地址之间提供动态的映射。端口号用来标识互相通信的应
用程序。服务器使用众所周知的端口号，而客户使用临时设定的端口号。

习题
1.1 请计算最多有多少个A类、B类和C类网络号。
1.2 用匿名FTP（见27.3节）从主机nic.merit.edu 上获取文件
nsfnet/statistics/history.netcount。该文件包含在NSFNET网络上登记的国内和国外
的网络数。画一坐标系，横坐标代表年，纵坐标代表网络总数的对数值。纵坐标的最大
值是习题1.1的结果。如果数据显示一个明显的趋势，请估计按照当前的编址体制推算，
何时会用完所有的网络地址。（3.10节讨论解决该难题的建议。）
1.3 获取一份主机需求RFC拷贝[Braden 1989a]，阅读有关应用于TCP/IP协议族每一层
的稳健性原则。这个原则的参考对象是什么？
1.4 获取一份最新的赋值RFC拷贝。“quote of the day"协议的有名端口号是什么？哪
个RFC对该协议进行了定义？
1.5 如果你有一个接入TCP/IP互连网的主机帐号，它的主IP地址是多少？这台主机是否
接入了Internet？它是多接口主机吗？
1.6 获取一份RFC 1000的拷贝，了解RFC这个术语从何而来。
1.7 与Internet协会联系，[e-mail]或者+1 703 648 9888，了解有关加入的情况。
1.8 用匿名FTP从主机is.internic.net处获取文件
about-internic/information-about-the-internic。
1－1