( From http://www.redbooks.ibm.com/redbooks/GG243376.html Translated by Frank)
第一部分 TCP/IP核心协议
第一章 体系结构、历史、标准和发展趋势
1.2 Internet的起源
如果不是最重要的话，网络已经变成了现今的一个最基本的信息系统的一部分。它们在企业、政府和科学研究群体中形成了信息共享的中坚力量。信息可以以好几种形式获取。它可能是笔记、文档或其他计算机处理的数据、发送给同事的文件和多媒体数据流。
许多的网络都是在六十年代后期和七十年代建立的，这个时候网络设计的主题是计算机研究和成熟的实现的“艺术的表现”。它导致了多种网络参考模型的如包交换技术、局域网冲突检测、分等级的网络和许多优秀的通信技术。
这些伟大的技术的结果是任何用户组群可以找到一个物理网络和建模以满足他们特殊的需要。它的范围贯穿从便宜的没有差错检查异步传输到高速但是距离受到限制的局域网。这里指的没有差错检查异步传输而不是位奇偶校验，通过广泛使用的局域网(公共的或私有的)，它们有可靠的协议如公共包交换网络或私有SNA网络。
不同协议组百花齐放的也有缺点，当一个用户组希望扩展它的信息系统到另外一个已经实现不同的网络技术和不同网络协议的用户组时，这是非常令人头疼的事。结果，即使它们在两个环境的物理连接的网络技术上达成一致，他们的技术(例如邮件系统)可能仍然不能够彼此通信，这是因为不同的应用协议和接口。
在七十年代早期，美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency，简作DARPA)资助的一个研究组就认识到了这个问题。他们的工作定位于交互网络或网络连接。其它的官方组织也卷入了这个领域，例如ITU-T(正式为CCITT)和ISO，主要的目标是定义一组协议，将定义好的协议组逐条细化，以便应用能够与其它的应用通信，不管底层的网络技术和应用程序运行的操作系统。
这些研究者的官方组织是ARPANET网络工作组(ARPANET Network Working Group)，它的最近的一次常规会议是1971年10月。DARPA继续它的网络协议组的研究，从早期的网络控制数据报(Network Control Program,NCP)主机对主机的协议到TCP/IP协议组，它在1978年前后成形。在那个时候，DARPA作为无限网络和卫星通道上的包交换的先驱而闻名。真正的Internet的实现的创立大约是在1980年，当DARPA开始把它研究的机器的网络(ARPANET)转到新的TCP/IP协议。到1983年，转换完成，DARPA要求所有希望连接ARPANET的电脑使用TCP/IP协议。
DARPA也与Bolt、Beranek和Newman(BBN)签订合同开发一个在VAX上的Berkeley Unix的TCP/IP的实现。DARPA还资助加州大学伯克利分校免费发布它们的Unix操作系统的源代码。第一个包含TCP/IP协议组的伯克利软件发布(Berkeley Software Distribution)发布版本在1983已经产生了(4.2BSD)。从这点上看，TCP/IP迅速的在大学和研究中心展开，实际上已成了Unix连通行的通信子系统的标准。第二个发布版本(4.2BSD)在1986年发布，1988年(4.3BSD Tahoe)、1999(4.3BSD Reno)年又进行了更新，1993年又发布了4.4BSD。由于债券的压力，加州大学伯克利分校的计算机系统研究组(Computer Systems Research Group of the University of California at Berkeley)的4.4BSD成为最后一个发布版本。
由于网络的迅速发展，新的大范围的网络在美国出现，并且连接到了ARPANET。这样，世界其它范围的没必要基于TCP/IP协议的网络也加入了互联网络的集合。这就是我们所说的Internet。不同网络的例子在下一部分将要描述的发展中扮演了一个很重要的角色。
1.2.1 ARPANET
有时候，当作为“信息包网络之父”提到，DARPA(在那个时候叫作ARPA)在六十年代建立的 ARPANET，为了满足包交换技术的研究需求和国防部门的资源共享。网络连接了研究中心、一些军事基地和政府场所。它很快受到通过电子邮件和其它服务的研究者们的欢迎。到了1975年底，国防部通信局(Defense Communications Agency,简作DCA)启动了它的研究，到了1983年，它分成了军事网站的MILNET的互联和ARPANET的研究网站的互联。这成了大写“I”的Internet的开始。
到了1974年，基于56Kbps的租赁专线连接的交换包节点(PSN)已经离散的贯穿于整个北美大陆和西欧。这些都是在1822协议(因一个描述它的报告尔得名)下运行的小型机，它们专注于包交换任务。每个PSN至少连接到2个PSN(以防在电路故障时作为预备路由)和22个端口为用户电脑(主机)连接。1822系统提供了可靠的、流控制传输包到墓地节点。这就是为什么原始的NCP协议说是个简单的协议更恰当的原因。它被TCP/IP协议所代替，TCP/IP协议不假设地层物理硬件的可靠性，可以用在非1822的网络上。1822协议并没有变成工业标准，所以DARPA后来决定把1822包交互技术替换成CCITT X.25标准。
容量为56Kbps租赁专线上的数据传输的迅速增加再也不能够提供必需的吞吐量。今天作为研究的互联网的骨干的角色，ARPANET已经被新的技术所代替(参照本章稍候的NSFNET)，然而MILNET继续得成为军事的互联网的骨干。
1.2.2 NSFNET
NSFNET，国家科学基金（National Science Foundation）网络，是美国的一个三级互联网络，它有以下组成：
•骨干：它是一个连接被管理操作的中级网络和NSF基金的超级计算机中心的网络。骨干网也有贯穿大陆到其他网络的传输链接，例如EBONE，欧洲IP骨干网。
•中级网络：三种(地域性的、基于学科的和超级计算机社群网络)。
•校园网络：连接到中级网络的网络，无论是学术性的还是商业性的。
多少年过去了，骨干网不断的升级，以迎合它的客户的日益增长的需求。
第一代骨干网：最初NSF制定的目的是为了让0研究者和科学家访问NSF超级计算机，第一个NSFNET骨干网用的是6 DEC LSI/11 微机作为包交换，56Kpbs租赁线路互联。最主要的互连NSFNET和AEPANET的是在卡内基—梅隆大学，它允许用户和它连接的每个网络中的数据包的路由。
第二代骨干网：新的骨干网的的需要出现在1987年，当第一代骨干网超负荷运行了几个月之后(估计那个时候每年的增长率是100%).the NSF and MERIT Inc公司，Michigan州一个八州支持学校的一个计算机网络社群，同意开发和管理一个新的、高速的骨干网，这个骨干网将拥有更大的传输速率和更大的容量。为了管理它，他们定义了信息服务(Information Services,IS)，它由一个信息中心和一个技术支持组组成。信息中心的责任是信息分发、信息资源管理和电子通信。技术支持组直接提供这个领域的技术支持。这样做的目的是为了提供一个信息集成系统，这个系统易于使用、易于管理整个网络中的任意点的服务的接口访问。
Merit和NSF在管理中与IBM和MCI进行合作。IBM提供软件、包交换和网络管理需求，而MCI提供长距离的传输设备。1988年，新的网络使用448Kbps租赁电路连接13个节点交换系统(NSS)，这是IBM提供支持的。每个NSS由9个IBM RISC系统(在IBM 4.3BSD UNIX机上运行)松散的通过2个IBM Token-Ring网络(作为冗余)连接。每个集成数字网络交换(Integrated Digital Network Exchange,IDNX)，它是IBM支持的，安装在13个地方，提供：
• 动态交替路由
• 动态带宽分发
第三代骨干网：在1989年，NSFNET骨干网电路拓扑重构的传输机制，使用光纤，租赁线路的速度已经增加到T1(1.544Mbps)。
归功于包交换和数据传输容量的不断提升的需要，三个NSS加入了骨干网，连接的速度也得到了提升。NSFNET骨干网从T1移植到T3(45Mbsp)在随后的1992年完成。今天，随后的移植到Gb级别的已经开始并且仍在继续。
在1995年8月，美国政府放弃了NSFNET基金。这在部分上对网络的商业应用有一定的影响。同时，NSFNET逐渐的移植美国的主要骨干网。对商业网络服务提供上来说，NSFNET又恢复成了网络研究社群。现在与MCI协作运行的主要骨干网就是广为人知的vBNS(非常高速骨干网络服务，very high speed Backbone Network Service)。
NSFNET在Internet的发展中已经扮演了一个关键的角色。然而，很多其他的网络也扮演了其它的角色，并且(或)成为今天网络的一部分。
1.2.3 Internet的商业利用
在最近的这么多年，Internet无论是在大小还是在范围上的巨大发展都超出了任何人的预料。许多关键的因素影响着它的成长。最重要的一些里程碑如1991年的Gopher的免费分发、当年的超文本规范的置入、和1993年第一个基于图形的浏览器Mosaic的发布。今天，大多数连入Internet的主机是商业性质的。这是一个与Internet的初衷有着潜在或者实际冲突的领域，它的初衷是为了鼓励学院和科研机构之间的开放的通信。然而，Internet不断增长的增长的商业用途是不可避免的，所以它可以很好的用来解释这个发展是怎样正在被代替的。
一个重要的主动的考虑是可接受利用政策(Acceptable Use Policy,AUP)。这是1992年提出的第一个政策，它适用于NSFNET的使用者。AUP的核心的承诺是“支持开放式研究和教育”。在“不可接受的使用”中禁止“使用利益驱使活动”，除非是General Principle中提到的或者作为一个特定的可接受的使用。然而，尽管有这个明显的限制性的姿态，在1995年恢复到它原来的目标之前，NSFNET被日益增长的大范围的活动所利用，包括许多商业性质的。
提供AUP，在Internet 服务提供上中是一件稀松平常的事，虽然AUP已经逐渐的更适合商业应用。一些网络仍然提供免费的AUP服务。
现在，让我们聚焦在介绍Internet商业应用非常活跃的Internet网络服务提供者上。值得一提的两个是PSINET和UUNET，他们在80年代晚期开始向商业和个人提供Internet访问。基于California的 CERF 网络提供免费的AUP服务。一个连接到PSONET、UUNET和CERF net的组织随后成立了，称作商业Internet交换(Commercial Internet Exchange)，它是基于对当队成员网络不做严格的限制，网络中的任何成员的传输可能会被淹没的理解。在1997年7月，CIX已经成长到了超过146个来自世界各地连接到Internet的成员。几乎在同时，CIX成立了，他是一个非盈利的公司，高级网络和服务(Advance Network and Services,ANS)，它是IBM、MCI和Merit联合成立的用以操作T1(后来的T3)骨干网连接到NSFNET，这个组织在日益增多的商业现象重视相当积极的。
ANS成立了一个商业导向辅助，称作ANS CO+RE，提供商业拥护和科学教育研究域之间的连接。在1995年，ANS被美国在线所获得。
在1995年，当NSF网络正在改变它从前的学术性的角色，Internet体系结构从单一的美国支配的骨干网转变成大量商业操作的骨干网。为了让不同的骨干网能够交换数据，NSF建立了4个网络访问点(Network Access Points,NAPs)服务作为不同骨干服务提供上之间的数据交换。
另一种类型的交换是城域网(Metropolitan Area Ethernet，MAE)。很有几个MAE已经被城域光纤系统(Metropolitan Fiber System, MFS)建立，它已经有自己的骨干网。NAP和MAE也涉及到公共交换点(Exchange Points,IXPs)。作为代表，Internet服务提供商(Internet Service Providers,ISPs)将连接到大量的IXPs以提高性能和支持。如果想得到当前IXPs列表，请参考“交换点”，网址为：
与北美的CIX相似，欧洲Internet提供商成立了RIPE(Réseaux IP Européens)组织以确保技术和管理协调。RIPE成立于1989年，它向整个欧洲的用户提供统一的IP服务。今天，最大的Internet骨干网运行在OC48(2.4Gbps)或OC192(96 Gbps)。
1.2.4 Internet2
Internet的成功和后来NSFNET的拥塞，还有它商业的顶替导致了在研究社群众的挫败，这些社群原先是享受排他性的Internet。所以，大学社群联合政府和工业合作者，受到下一代Internet(Next Generation Internet)主动基金的鼓励，成立了Internet2 工程。
NGI 主动 是一个联合研究项目，它的目的是开发高级网络技术，介绍革命性的应用，而这些应用需要高级网络技术和验证这些技术的高速网络测试环境。
1.2.4.1 使命
Internet2的使命是推动和协调一些任务的开发、操作和技术传输，这些任务指的是高级的、基于网络的应用和网络服务，以确保将来美国对研究和高等教育和促进Internet上新服务和应用的可用性的领导地位。
Internet2的任务如下：
•论证能够显著提高研究者在实验中的协作能力的新应用。
•论证教育和其他服务(如卫生保健、环境监测等)的传输，靠充分的利用高级通信基础设施创建的虚拟接近(virtual proximity)。
•以提供中间件和开发工具的形式发展和提供高级应用。
•推动通信基础设施、基于研究和教育社群要求的支持不同QoS的能力的发展和操作。
•推动下一代通信技术的试验。
•在多方结构中协调采用统一的工作标准和共同的惯例，以保证质量服务的连接性和互动性。
•促进政府和私有组织的合作。
•鼓励将Internet2的技术迁移到其它的Internet。
•研究新的基础设施、服务和应用在高等教育和一般Internet社群上的影响。
1.2.4.2 Internet2 的参与者
Internet有全美有180个学校的参与者。组织的会员给工程提供有价值的输入。Internet项目中所有的参与者都是大学高级Internet开发协作(University Corporation for Advanced Internet Development，UCAID)的成员。
在大多数方面，用于Internet2的合作和债券基金安排将类似于那些从前的学术和政府的联合的网络成就，NSF net工程就是一个很好的例子。美国政府将通过NGI活动和相关项目分担Internet2。
Internet2也与全体领导者一起创造高级网络服务必须以满足宽带、网络应用的需要。工业合作者主要与大学和区域大学团队提供实现这个工程必须实现的应用的服务和产品。目前参与的主要公司有Alcatel、Cisco Systems、IBM、Nortel Networks、Sprint 和 Sun Microsystems。Internet2额外的支持来自研究和教育网络的非盈利组织。会员包括MCNC、Merit、国家健康协会(National Institutes of Helth,HIT) 和 Folorida州立大学习系统。
更多的关于Internet的信息，请访问他们的网站：
http://www.internet2.edu
1.1.5 开放系统互联(OSI)参考模型
开放系统(Open Systems Interconnect)参考模型(ISO 7498)定义了一个七层数据传输模型，它在较低的层是物理传输，而应用协议在较高的层。这个模型，图5所示，作为一个网络协议栈怎样工作的基本理解被广泛的接受，而且也作为一个比较网络协议栈实现的参考工具。
每个层为它上面的层提供一系列的功能，轮流的依赖于它下面的一层提供的功能。虽然消息仅仅只能通过栈逐层的垂直传递，但是从某个逻辑观点看，每个层直接与其它节点的对等的层通信。
这七层是：
应用层(Application)：网络应用，例如终端利用和文件传输。
表示层(Presentation)：格式化数据并编码。
会话层(Session)：确认并维护会话。
传输层(Transport)：提供可靠和不可靠的连续的传输。
网络层(Network)：包传输，包括路由。
数据链路层(Data Link)：单元信息的抽取和错误检查。
物理层(Physical)：在物理硬件上的位传输。
与TCP/IP相比较，OSI方法开始于一个干净的石板和定义的标准，坚持他们自己的模型，用一种正式的委员会的方式处理，不需要任何实现。Internet协议使用一个没有那么正式的工程方法，这样任何人都可以建议和评论RFCs，而且实现必须有可行性。OSI协议发展非常慢，而且由于运行整个协议栈所用资源相当精深的，他们并没有广泛的展开，尤其是在桌面和小型机市场。同时，TCP/IP和Internet发展得相当快，以一个很高的速度展开。
