"TCP/IP协议族详解：计算机跨操作系统通信的奇迹"

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《TCP/IP详解卷1：协议1》是一本讲解TCP/IP协议族的权威性著作，全面解析了TCP/IP协议的原理和应用。书中介绍了TCP/IP协议族在各种不同操作系统的计算机上实现互相通信的方式，强调了TCP/IP协议的开放性和全球化应用。该书从TCP/IP协议族的历史渊源入手，详细讲解了TCP/IP协议的发展历程，以及其在全球互联网中的重要作用。此外，书中还对TCP/IP协议族的分层结构进行了深入讨论，为读者提供了全面的背景知识。《TCP/IP详解卷1：协议1》一书首先介绍了TCP/IP协议族的广泛应用。不同厂家生产的计算机运行着不同的操作系统，但TCP/IP协议族使它们能够实现互相通信，这一点令人感到惊讶。书中指出，TCP/IP协议族的作用远远超出了最初的设想，已经成为计算机互联的最常用形式。TCP/IP协议族起源于20世纪60年代末期的美国政府资助的分组交换网络研究项目，经过数十年的发展，已经成为全球范围内计算机互联网的基础，被称为"全球互联网"或"因特网"，覆盖了全球范围内超过100万台计算机。同时，TCP/IP协议族的开放系统特点也受到了强调，因为协议族的定义及其多种实现可以免费或者低成本地公开获得。本书的第一章对TCP/IP协议族进行了概述，目的是为了为后续章节提供充分的背景知识。该章节由浅入深地介绍了TCP/IP协议族的发展历程和应用场景，为读者打下了坚实的基础。如果读者想要从历史的角度了解有关TCP/IP协议的早期发展情况，也提供了相关参考文献。此外，书中还讨论了分层网络协议的概念和特点，为读者进一步理解TCP/IP协议族提供了重要的理论支持。综上所述，《TCP/IP详解卷1：协议1》以其全面深入的介绍和详细的讲解，为读者提供了对TCP/IP协议族全面了解的权威性指导。通过本书的学习，读者可以深入理解TCP/IP协议族的原理和应用，为网络通信和计算机互联领域的研究和实践提供了重要的参考依据。

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：Transport Layer Interface）。前者有时称作“ Berkeley socket”，表明它是从伯克版发展

󰖳来的。后者起初是由 AT & T开发的，有时称作 X T I（X / O p e n运输层接），以承认 X / O p e n这

个󰙵定义标准的国际计算机󰈿产商所做的作。 X T I实际上是T L I的个超集。

本书是本编程󰴯的书，但是偶尔会引󰉁些内容来说明 T C P / I P的特性，管多

数的 A P I（s o c k e t）是否提供它们。所有关于 s o c k e t和T L I的编程细节请参阅献 [ S t e v e n s

1 9 9 0 ]。

1.16 测试󰕲络

图1 - 11是本书中所有的运󰢩的测试󰕲络。为阅读时参考，该图还复制在本书扉

󰵎前的插󰵎中。

图1-11 本书中所有运󰢩的测试󰕲络，所有的IP地址均从140.252开始编址

在这个图中（作者的󰕲），多数的都运󰢩在下󰴯四个系统中。图中所有的 I P地址

属于B类地址，󰕲络号为 1 4 0 . 2 5 2。所有的主机名属于 . t u c . n o a o . e d u这个域（ n o a o代表

National Optical Astronomy Observatories，t u c代表Tu c s o n）。如，右下的系统有个完

整的名字: s v r 4 . t u c . n o a o . e d u，其I P地址是： 1 4 0 . 2 5 2 . 1 3 . 3 4。每个框上的名称是该

主机运󰢩的操作系统。这组系统和󰕲络上的主机及󰩁由运󰢩于同的 T C P / I P实现。

需要指出的是，n o a o . e d u这个域中的󰕲络和主机要图 1 - 11中的多得多。这󰮟出来的

只是本书中将要󰉁到的系统。

在3 . 4节中，我们将描述这个󰕲络所󰉁到的󰕲形式。在 4 . 6节中将介绍 s u n与n e t b之间

的拨号S L I P的有关细节。2 . 4节将详细讨论S L I P。

1.17 结

本章快速地浏览TCP/IP协议族，介绍在后󰴯的章节中将要详细讨论的许多术语和协议。

第1章概述使󰉁13

下载

󰩁由

以太󰕲

调制解

调

调制解

调

(拨号)

以太󰕲

T C P / I P协议族分为四层：链󰩁层、󰕲络层、运输层和应󰉁层，每层各有同的责任。

在T C P / I P中，󰕲络层和运输层之间的区别是最为关键的：󰕲络层（ I P）提供点到点的服务，

󰖳运输层（T C P和U D P）提供端到端的服务。

个互联󰕲是󰕲络的󰕲络。构造互联󰕲的共同基󰍋是󰩁由，它们在 I P层把󰕲络连在

起。第个字写的 I n t e r n e t是指分布在世界各地的型互联󰕲，其中包括 1万多个󰕲络和超

过1 0 0万台主机。

在个互联󰕲上，每个接都󰉁 I P地址来标识，尽管󰉁户习惯使󰉁主机名󰖳是 I P地址。

域名系统为主机名和 I P地址之间提供动态的映射。端号󰉁来标识互相通信的应󰉁程序。服

务使󰉁知名端号，󰖳客户使󰉁临时设定的端号。

习题

1.1 请计算最多有多少个A类、B类和C类󰕲络号。

1.2 󰉁名F T P（󰤁2 7 . 3节）从主机 n i c . m e r i t . e d u上获取件 n s f n e t / s t a t i s t i c s /

h i s t o r y . n e t c o u n t。该件包含在N S F N E T󰕲络上登记的国内和国外的󰕲络数。画

坐标系，横坐标代表，纵坐标代表󰕲络总数的对数值。纵坐标的最值是习题 1 . 1的结

果。如果数据显示个明显的趋势，请估计按照当前的编址体制推算，何时会󰉁完所有

的󰕲络地址（3 . 1 0节讨论解决该难题的建议）。

1.3 获取份主机需求R F C拷󰧍[Braden 1989a]，阅读有关应󰉁于 T C P / I P协议族每层的稳健

性原则。这个原则的参考对象是么？

1.4 获取份最新的赋值 R F C拷󰧍。“ quote of the day”协议的有名端号是么？哪个R F C

对该协议进󰢩定义？

1.5 如果你有个接 T C P / I P互联󰕲的主机帐号，它的主 I P地址是多少？这台主机是否接

I n t e r n e t？它是多接主机吗？

1.6 获取份RFC 1000的拷󰧍，解R F C这个术语从何󰖳来。

1.7 与I n t e r n e t协会联系， i s o c @ i s o c . o r g或者+1 703 648 9888，解有关加的情况。

1.8 󰉁名F T P从主机i s . i n t e r n i c . n e t处获取件a b o u t - i n t e r n i c / i n f o r m a t i o n -

a b o u t - t h e - i n t e r n i c。

14使󰉁TCP/IP详解，卷1：协议

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第2章链 󰩁 层

2.1 引󰤛

从图1 - 4中可以看出，在 T C P / I P协议族中，链󰩁层主要有三个󰋴的：（1）为I P模块发送和

接收I P数据报；（ 2）为A R P模块发送 A R P请求和接收 A R P应答；（3）为R A R P发送R A R P请

求和接收R A R P应答。T C P / I P持多种同的链󰩁层协议，这取决于󰕲络所使󰉁的硬件，如以

太󰕲、令牌环󰕲、F D D I（光纤分布式数据接）及 R S-2 3 2󰢩线󰩁等。

在本章中，我们将详细讨论以太󰕲链󰩁层协议，两个󰢩接链󰩁层协议（ S L I P和P P P），

以及多数实现都包含的环回（ l o o p b a c k）驱动程序。以太󰕲和 S L I P是本书中多数使

󰉁的链󰩁层。对 M T U（最传输单元）进󰢩介绍，这个概念在本书的后󰴯章节中将多次遇

到。我们还讨论如何为󰢩线󰩁选择 M T U。

2.2 以太󰕲和IEEE 802封装

以太󰕲这个术语般是指数字设备公司（ Digital Equipment Corp.）、英特尔公司（ I n t e l

C o r p .）和X e r o x公司在 1 9 8 2联合公布的个标准。它是当今 T C P / I P采󰉁的主要的局域󰕲技

术。它采󰉁种称作 C S M A / C D的媒体接法，其意思是带冲突检测的载波侦听多󰩁接

（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率为10 Mb/s，地址为48 bit。

后，I E E E（电电程师协会） 8 0 2委员会公布个稍有同的标准集，其中

8 0 2 . 3针对整个 C S M A / C D󰕲络，8 0 2 . 4针对令牌总线󰕲络， 8 0 2 . 5针对令牌环󰕲络。这三者的共

同特性由8 0 2 . 2标准来定义，那就是 8 0 2󰕲络共有的逻辑链󰩁控制（ L L C）。幸的是，8 0 2 . 2和

8 0 2 . 3定义个与以太󰕲同的帧格式。献 [Stallings 1987]对所有的IEEE 802标准进󰢩

详细的介绍。

在T C P / I P世界中，以太󰕲I P数据报的封装是在RFC 894[Hornig 1984]中定义的， IEEE 802

󰕲络的I P数据报封装是在RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定义的。主机需求R F C要求每

台I n t e r n e t主机都与个10 Mb/s的以太󰕲电缆相连接：

1) 必须能发送和接收采󰉁 RFC 894（以太󰕲）封装格式的分组。

2) 应该能接收与RFC 894混合的RFC 1042（IEEE 802）封装格式的分组。

3) 也许能够发送采󰉁 RFC 1042格式封装的分组。如果主机能同时发送两种类型的分组数

据，那么发送的分组必须是可以设置的，󰖳且默认条件下必须是 RFC 894分组。

最常使󰉁的封装格式是 RFC 894定义的格式。图 2 - 1显示两种同形式的封装格式。图

中每个框下󰴯的数字是它们的字节󰲊度。

两种帧格式都采󰉁48 bit（6字节）的󰋴的地址和源地址（ 8 0 2 . 3允许使󰉁16 bit的地址，但

般是48 bit地址）。这就是我们在本书中所称的硬件地址。A R P和R A R P协议（第4章和第5章）

对32 bit的I P地址和48 bit的硬件地址进󰢩映射。

接下来的2个字节在两种帧格式中互相同。在 8 0 2标准定义的帧格式中，󰲊度字段是指

2.3 尾部封装

RFC 893[Leffler and Karels 1984]描述另种󰉁于以太󰕲的封装格式，称作尾部封装

（trailer encapsulation）。这是个早期 B S D系统在 DEC VA X机上运󰢩时的试验格式，它通过

调整 I P数据报中字段的次序来提󰷼性能。在以太󰕲数据帧中，开始的那部分是变󰲊的字段

（I P󰶳部和T C P󰶳部）。把它们移到尾部（在 C R C之前），这样当把数据复制到内核时，就可以

把数据帧中的数据部分映射到个硬件󰵎󰴯，节省内存到内存的复制过程。 T C P数据报的󰲊

度是5 1 2字节的整数倍，正好可以󰉁内核中的󰵎表来处󰇹。两台主机通过协商使󰉁 A R P扩展协

议对数据帧进󰢩尾部封装。这些数据帧需定义同的以太󰕲帧类型值。

现在，尾部封装已遭到反对，因此我们对它举任何。有兴趣的读者请参阅 RFC 893

以及献[ L e ffler et al. 1989]的11 . 8节。

2.4 SLIP：󰢩线󰩁IP

S L I P的全称是Serial Line IP。它是种在󰢩线󰩁上对 I P数据报进󰢩封装的简单形式，在

RFC 1055[Romkey 1988]中有详细描述。 S L I P适󰉁于家庭中每台计算机乎都有的 R S - 2 3 2

󰢩端和󰷼速调制解调接 I n t e r n e t。

下󰴯的规则描述S L I P协议定义的帧格式：

1) IP数据报以个称作 E N D（0 x c 0）的特殊字符结束。同时，为防数据报到来之前

的线󰩁噪声被当成数据报内容，多数实现在数据报的开始处也传个 E N D字符（如果有线

󰩁噪声，那么 E N D字符将结束这份错误的报。这样当前的报得以正确地传输，󰖳前个

错误报交给上层后，会发现其内容毫意义󰖳被丢弃）。

2) 如果 I P报中某个字符为 E N D，那么就要连续传输两个字节 0 x d b和0 x d c来取代它。

0 x d b这个特殊字符被称作 S L I P的E S C字符，但是它的值与 A S C I I码的E S C字符（0 x 1 b）同。

3) 如果I P报中某个字符为 S L I P的E S C字符，那么就要连续传输两个字节 0 x d b和0 x d d来

取代它。

图2 - 2中的就是含有个 E N D字符和个 E S C字符的 I P报。在这个中，在󰢩

线󰩁上传输的总字节数是原 I P报󰲊度再加4个字节。

图2-2 SLIP报的封装

S L I P是种简单的帧封装法，还有些值得提的缺陷：

1) 每端必须知道对的 I P地址。没有办法把本端的 I P地址通知给另端。

2) 数据帧中没有类型字段（类似于以太󰕲中的类型字段）。如果条󰢩线󰩁󰉁于 S L I P，

那么它能同时使󰉁其他协议。

第2章链 󰩁 层使󰉁17

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IP数据报

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