【TCP/IP】1. 概述
1. 概述
- 1. 概述
- 1.1 因特网及技术催生新时代
- 1.1.1 信息化时代
- 1.1.2 关键技术
- 1.1.3 国家战略
- 1.2 网络互联的动机和技术
- 1.2.1 网络互联的动机
- 1.2.2 网络互联技术
- 1.3 因特网的形成和发展
- 1.3.1 国际因特网发展轨迹
- 1.3.2 中国互联网发展
- 1.4 有关因特网的组织机构
- 1.5 请求注解(RFC)
- 1.5.1 RFC 文档类型与需要等级
- 1.5.2 标准化过程
- 1.5.3 RFC 获取与状态变化
- 1.6 下一代因特网
- 1.6.1 国际计划
- 1.6.2 中国计划
- 1.6.3 关键技术方向
- 本章要点
1. 概述
1.1 因特网及技术催生新时代
本节围绕 “信息社会” 背景,介绍了推动时代变革的关键技术及各国相关国家战略,强调因特网及 TCP/IP 协议的核心地位。
1.1.1 信息化时代
- 技术社会形态演变:渔猎社会→农业社会→工业社会→信息社会(以信息为基础,依赖信息基础设施)。
- 信息社会相关峰会:
- 2003 年、2005 年分两阶段举办 “信息社会世界峰会”,聚焦缩小数字鸿沟和互联网管理改革,通过《日内瓦原则宣言》《突尼斯议程》等文件。
- 联合国将每年 5 月 17 日定为 “世界电信和信息社会日”。
- 中国信息化进程:2015 年信息社会指数 0.4351,处于工业社会向信息社会转型阶段;2020 年前后整体进入信息社会初级阶段。
- 三网融合:电信网、计算机网、有线电视网融合为统一信息基础设施。
1.1.2 关键技术
技术 | 定义与特征 | 核心要点 |
---|---|---|
物联网(IoT) | 由 ITU 2005 年提出,实现人 - 人、人 - 物、物 - 物互联,通过感知、网络、应用层架构实现物理世界的智能化管理 | 架构:感知层(感知识别)、网络层(传输互联)、应用层(计算处理) |
移动互联网 | 以移动网络为接入的互联网,三要素为移动终端、移动网络、应用服务 | 涉及六大技术领域:应用服务平台、网络平台、终端软硬件、原材料、安全控制 |
大数据 | 规模巨大到无法用主流工具在合理时间处理的数据集合,具有 5V 特征(Volume、Variety、Velocity、Value、Veracity) | 核心是从海量数据中提取价值,支撑决策 |
云计算 | 2006 年谷歌提出,通过网络按需访问可配置计算资源池(网络、服务器、存储等) | 服务模式:IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务) |
1.1.3 国家战略
- 数字鸿沟:因 ICT 发展不平衡导致的国家 / 群体间差距,本质是创造财富能力的差距。
- 各国战略举例:
- 美国:1993 年 “国家信息基础设施(NII)”、1994 年 “全球信息基础设施(GII)”、2009 年 “智慧地球”、2012 年大数据国家战略。
- 欧盟:2009 年《物联网 —— 欧洲行动计划》、2010 年云计算框架计划。
- 中国:2013 年《“宽带中国” 战略》、2015 年 “互联网 +” 行动计划(11 项重点行动,如互联网 + 协同制造、现代农业)、《中国制造 2025》、2015 年《促进大数据发展行动纲要》等。
1.2 网络互联的动机和技术
本节解释网络互联的核心需求及实现技术,强调 TCP/IP 协议的关键作用。
1.2.1 网络互联的动机
- 分布式系统需求:源于军事需求(如 ARPANET),确保局部破坏不导致全局瘫痪。
- 资源共享需求:局域网因独立性、硬件技术差异、应用目的不同,需互联实现跨网络资源共享。
1.2.2 网络互联技术
- 概念区分:
- 网络互连(interconnecting):物理层面的连接(底层)。
- 网络互联(internetworking):物理 + 逻辑连接,使多网络形成有机整体,实现跨网络互操作。
- 核心问题:解决网络异构性(硬件、协议、应用差异)。
- TCP/IP 协议:
- 是因特网协议簇的总称,核心为 TCP(传输控制协议)和 IP(因特网协议)。
- 功能:支持不同硬件、操作系统、分组交换网络的通信,既可用于网络互联,也可用于局域网内部联网。
1.3 因特网的形成和发展
本节按国际和中国两条线,梳理因特网从起源到成熟的关键历程。
1.3.1 国际因特网发展轨迹
- 起源(1960s):
- 1957 年苏联发射首颗人造卫星后,美国成立 ARPA(高级研究项目署),推动 “分时计算机合作网络” 研究。
- 1969 年 ARPANET 启动,连接加州大学洛杉矶分校等 4 个节点,采用分组交换技术。
- 关键节点:
- 1972 年:NCP(网络控制协议)启用,电子邮件发明,INWG(国际网络工作组)成立(Vinton Cerf 任主席)。
- 1974 年:TCP/IP 协议提出(Vinton Cerf 和 Bob Kahn),解决异构系统通信问题。
- 1982 年:TCP/IP 成为 ARPANET 标准,因特网正式诞生。
- 1986 年:NSFNET 建成(主干速率 56kbps),逐步取代 ARPANET 成为主干。
- 1990 年:ARPANET 退役,因特网进入实用阶段。
- 1991 年:万维网(WWW)由 Tim Berners Lee 发明,首个 Web 服务器和客户机出现。
- 1993 年:NCSA 推出 MOSAIC 浏览器,WWW 通信量激增;美国颁布 “国家信息基础设施法案”。
- 1995 年:NSFNET 被 VBNS 取代,WWW 成为最大服务;Java 语言推出。
- 1996 年:美国启动 “下一代因特网(NGI)计划”;企业网(Intranet)兴起。
- 1998 年:Internet2 计划启动(UCAID 主导),建设高速试验床 Abilene。
- 2000 年后:Web 2.0(博客、RSS、Wiki 等)、物联网、云计算、大数据等技术相继兴起。
1.3.2 中国互联网发展
- 起步阶段:
- 1987 年:发出第一封电子邮件 “跨越长城,走向世界”。
- 1990 年:钱天白注册中国顶级域名 “.CN”,开通国际电子邮件服务。
- 1994 年:中关村教育与科研示范网络(NCFC)通过 64K 专线全功能接入因特网;中国科学院高能物理研究所设立首个 WEB 服务器。
- 骨干网建设:
- 1995 年:中国教育和科研计算机网(CERNET)启动;中国电信、中科院分别建立接入服务。
- 1996 年:中国公用计算机互联网(CHINANET)主干网开通;金桥信息网(CHINAGBN)提供服务。
- 1997 年:CNNIC(中国互联网络信息中心)成立,负责.CN 域名管理等。
- 快速发展:
- 2000 年:中国移动互联网(CMNET)、中国联通互联网(UNINET)投入运行。
- 2004 年:中国下一代互联网示范工程(CNGI)核心网 CERNET2 开通(支持 IPv6)。
- 2010 年:“. 中国” 域名纳入全球根域名体系;三网融合启动。
- 2014 年:首届世界互联网大会在乌镇召开,永久会址确立。
- 发展数据:截至 2016 年 7 月,中国网民 7.10 亿,手机网民 6.56 亿,域名总数 3698 万个,IPv4 地址 3.376 亿个,国际出口带宽 6220764 M。
1.4 有关因特网的组织机构
本节介绍负责因特网管理、标准制定的核心组织及其职能。
组织 | 成立时间 | 主要职能 |
---|---|---|
因特网体系结构委员会(IAB) | 1983 年(前身为 ICCB) | 1992 年成为 ISOC 技术顾问,负责技术建议、标准监管、任命 IETF/IESG 成员等 |
因特网工程任务组(IETF) | 1986 年(IAB 下属) | 负责中短期技术标准和协议研发,划分为应用、传输、路由等领域,由 IESG 管理 |
因特网研究任务组(IRTF) | 1986 年(IAB 下属) | 负责长期技术研究,通过小型研究小组聚焦协议、结构等基础问题 |
因特网协会(ISOC) | 1992 年 | 全球因特网协调组织,推动开放性和有益发展,涵盖技术、政策、培训等 |
因特网网络信息中心(InterNIC) | 1993 年 | 管理.com、.org、.net 等顶级域名注册;.mil、.gov 由美国政府管理 |
中国互联网络信息中心(CNNIC) | 1997 年 | 管理.CN 域名和中文域名,分配 IP 地址和 AS 号码,发布互联网络统计报告等 |
因特网名称与数字地址分配机构(ICANN) | 1998 年 | 负责 IP 地址分配、协议标识符指派、顶级域名管理、根服务器管理,2009 年独立于美国政府 |
WWW 协会(W3C) | 1994 年 | 制定万维网标准,由麻省理工学院、欧洲信息学与数学研究联合会等联合管理 |
1.5 请求注解(RFC)
RFC 是因特网技术文档的核心,记录协议、标准、观点等,是因特网标准制定的基础。
1.5.1 RFC 文档类型与需要等级
- 技术规范(TS):描述协议、服务、格式等(如 IP、TCP 定义)。
- 适用性陈述(AS):定义 TS 的使用环境,为 TS 指定 5 个 “需要等级”:
- 必需的(Required):如 RFC 791(IP),所有系统必须实现。
- 建议的(Recommended):如 RFC 793(TCP),经验证明应实现。
- 可选的(Elective):如 RFC 826(ARP),根据需求选择。
- 限制使用的(Limited Use):仅特定环境适用。
- 不建议的(Not Recommended):过时或功能有限,不建议实现。
1.5.2 标准化过程
- 前期准备:以 “因特网草案” 形式接受 6 个月非正式评论,未被采纳则移除。
- 标准轨迹(RFC 2026):
- 提案标准(Proposed Standards):经审查,可能大幅修改。
- 草案标准(Draft Standards):稳定,可作为实现基础,需测试验证。
- 因特网标准(Standards):通过有效实现和运行,获 STD 编号。
- 修订后标准轨迹(RFC 6410):合并为 2 个成熟级 —— 提案标准→因特网标准(含原草案和标准)。
- 非标准轨迹:
- 实验性(Experimental):研究开发记录。
- 信息性(Informational):一般信息,如指南、FAQ(部分为 FYI)。
- 历史性(Historic):被取代或过时的规范。
- 其他状态:当前最佳实现(BCP)、未知性(UNKNOWN,早期文档)。
1.5.3 RFC 获取与状态变化
- 获取方式:通过 RFC 编辑网站(https://www.rfc-editor.org)以 WWW、FTP 等方式获取。
- 状态关系:
- 新 RFC 可能 “废止(Obsoletes)” 旧 RFC,旧 RFC 编号保留。
- 成为标准的 RFC 获 “STD XXXX” 编号,成为 BCP 的获 “BCP XXXX” 编号。
1.6 下一代因特网
针对现有因特网带宽、安全、QoS 等局限,各国推进下一代网络研究,核心是高性能、高可靠、高安全。
1.6.1 国际计划
- 美国 NGI 计划(1996 年):目标是将网络速度提高 100-1000 倍,试验床为 vBNS,推动高速网络技术研究。
- Internet2(1998 年):由 UCAID 主导,为大学和科研机构建立高速网络,支持媒体集成、实时协作等功能。
- 其他国家:加拿大 CA*NET3(首个全国性光因特网)、英国 JANET2、欧盟 GEANT、亚太 APAN 等。
1.6.2 中国计划
- NSFCNET(1999 年):基于 DWDM 光传输技术的高速试验网络,研究下一代互联技术,2000 年接入 Internet2。
- CNGI(中国下一代互联网示范工程):由八部委联合领导,2003 年启动,聚焦 IPv6、高速互联等技术。
- CERNET2(2003 年):纳入 CNGI,2004 年开通,是全国性下一代互联网,支持 IPv6,为科研提供实验环境。
1.6.3 关键技术方向
- 下一代 IP 协议(IPv6,解决 IPv4 地址耗尽等问题)。
- 多协议标签交换(MPLS,提升路由效率)。
- 组播(高效传输多媒体数据)。
- 服务质量(QoS)保证、网络安全、光因特网(IP over DWDM)等。
本章要点
- 物联网、移动互联网、大数据、云计算等技术依赖因特网,是信息社会的核心支撑。
- 网络互联的核心是解决异构性,TCP/IP 协议是实现互联的关键。
- 因特网起源于 ARPANET,经 TCP/IP 标准化、WWW 发明等节点发展为全球网络;中国从 1987 年起步,逐步建成多个骨干网。
- 关键组织如 IETF 负责标准制定,ICANN 管理域名和 IP 地址,CNNIC 负责中国互联网基础资源。
- RFC 是因特网技术文档的核心,标准化过程经历提案、草案(可选)、标准阶段,定义了协议的 “需要等级”。
- 下一代因特网聚焦更高性能、可靠性和安全性,关键技术包括 IPv6、光传输等。