TCP/IP基础（第2版）

本书是《网络工程师教育丛书》的第4册，较为系统、全面地介绍了TCP/IP协议栈和主要的应用程序、构件、协议，以及访问因特网所需的链路。全书分为8章，主要内容包括：TCP/IP体系结构、TCP/IP应用程序、子网划分、TCP/IP协议族、TCP/IP服务、TCP/IP路由技术、典型应用程序原理和多媒体通信协议。为帮助读者更好地掌握基础理论知识和应对认证考试，各章均附有小结、练习及小测验，并对典型题型给出了解答提示。

出 版 说 明
　　人类已进入互联网时代，以物联网、云计算、移动互联网和大数据为代表的新一轮信息技术革命，正在深刻地影响和改变经济社会各领域。随着信息技术的发展，网络已经融入社会生活的方方面面，与人们的日常生活密不可分。我国已成为网络大国，网民数量位居世界第一；但我国要成为网络强国，推进网络强国建设，迫切需要大量的网络工程师人才。然而据估计，我国每年网络工程师缺口约20万人，现有网络人才远远无法满足建设网络强国的需求。
　　为适应网络工程技术人才教育、培养的需要，电子工业出版社组织本领域专家学者和工作在一线的网络专家、工程师，按照网络工程师所应具备的知识、能力要求，参考新的网络工程师考试大纲（2018年审定通过），共同修订、编撰了这套《网络工程师教育丛书》。
　　本丛书全面规划了网络工程师应该掌握的技术，架构了一个比较完整的网络工程技术知识体系。丛书的编写立足于计算机网络技术的最新发展，以先进性、系统性和实用性为目标：
? 先进性——?全面地展示近年来计算机网络技术领域的新成果，做到知识内容的先进性。例如，对软件定义网络（SDN）、三网融合、IPv6、多协议标签交换（MPLS）、云计算、云存储、大数据、物联网、移动互联网等进行介绍。
? 系统性——?加强学科基础，拓宽知识面，各册内容之间密切联系、有机衔接、合理分配、重点突出，按照“网络基础→局域网→城域网与广域网→TCP/IP基础→网络互连与互联网→网络安全与管理→大数据技术→网络设计与应用”的进阶式顺序分为8册，形成系统的知识结构体系。
? 实用性——?注重工程能力的培养和知识的应用。遵循“理论知识够用，为工程技术服务”的原则，突出网络系统分析、设计、实现、管理、运行维护和安全方面的实用技术；书中配有大量网络工程案例、配置实例和实验示例，以提高读者的实践能力；每章还安排有针对性的练习和近年网络工程师考试题，并对典型试题和练习给出解答提示，以帮助读者提高应试能力。
　　本丛书从一开始就搭建了一个真实的、接近网络工程实际的网络，丛书各册均基于这个实例网络的拓扑和IP地址进行介绍，逐步完成对路由器、交换机、客户端和服务器的配置、应用设计等，灵活、生动地展现各种网络技术。
　　本丛书在编写时力求文字简洁，通俗易懂，图文并茂；在内容编排上既系统全面，又切合实际；在知识设计上层次分明、由浅入深，读者可根据自己的需要选择相应的图书进行学习，然后逐步进阶。
　　鉴于网络技术仍在不断地飞速发展，本丛书将根据需要和读者要求适时更新、完善。热忱欢迎广大读者多提宝贵意见和建议。联系方式：[email protected]。

　　                                                         电子工业出版社  
　　
第2版前言　
　　计算机网络行业发展迅猛异常，一项前沿技术由萌发到落伍也就是几年的时间。然而，自20世纪60年代早期就有了最初思想的TCP/IP却不断演进、前行，并不断发展、普及应用。至今，TCP/IP的核心功能与之20世纪80年代中期的状态仍然几乎无异，而且仍不断涌现基于IP的新应用、新设备和新服务。TCP/IP逐步统治网络领域的可能性已经可见。为适应信息网络的快速发展应用，对《TCP/IP基础》第1版进行了修订。修订后的《TCP/IP基础》仍然是一个基础知识教程，目的是为《网络互连与互联网》《网络安全与管理》《网络设计与应用》等提供宽厚而扎实的知识基础。
　　《TCP/IP基础》第1版已经比较全面准确地描述了TCP/IP协议栈和主要的应用程序、构件和协议，以及访问因特网所需的链路。此次修订对内容结构做了一些调整，突出了TCP/IP的基本知识、底层应用程序及其工作原理，以及多媒体通信协议。比较明显的修订内容包括：
? 贯穿每个章节的更新，调整了内容结构，新增多媒体通信协议等内容；
? 为更好地解释基本概念，补充更新了一批插图、典型问题解析及练习题；
? 即阐释利用协议所能实现的服务和功能，又讨论功能背后的协议原理，修订了TCP/IP协议栈表述；
? 所讨论的网络模型基于真实的、接近网络工程实际的网络实例；
? 同等对待IPv4与IPv6，在范围和深度上进一步充实了ARP、ICMPv6等。
　　本书是《网络工程师教育丛书》的第4册，全书内容分为8章。为帮助读者更好地掌握基础理论知识和应对认证考试，针对某些典型问题进行了解析，给出了解答方法和带有详细分析的例题；同时各章均附有小结、练习及小测验。
　　本书内容适合计算机网络和通信领域的教学、科研和工程设计应用参考，适用范围较广，既可以用作网络工程师教育用书，或者作为本科和高职院校相关课程的教材或参考书，也可供网络技术人员和管理人员以及网络爱好者阅读。
　　本书第2版由刘化君、张文、丁濛、刘枫、解玉洁编著。在编写和修订过程中，得到了许多同志的支持和帮助，在此一并表示衷心感谢。
　　由于计算机网络技术发展很快，囿于编著者理论水平和实践经验，书中可能存在不妥之处，恳请广大读者不吝赐教，以便再版时予以订正。
　　
　　编著者    
　　2020年12月8日  
　　
第1版前言
　　在计算机网络中，通信发生在不同系统的实体之间。实体就是任何能够发送和接收信息的东西。但是两个实体并不是简单地将二进制比特流发送给对方，同时还希望对方能够理解这个比特流。要进行通信，这两个实体必须统一使用一种协议。协议定义了要传送什么，怎样进行通信，以及何时进行通信。在网络环境中，有许多用于网络通信的协议。TCP/IP协议体系是互联网中基本的通信协议，它定义了电子设备（如计算机）如何连入因特网以及数据如何在它们之间传输的标准。除了TCP/IP之外，其他体系结构都被看作专有技术。因此，TCP/IP已经成为目前网络环境中最重要的协议族。尽管TCP/IP已经问世很长时间，但仍然被大多数计算机网络选为自己的体系结构，因而得到广泛应用。TCP/IP正在支撑着互联网的正常运转。TCP/IP协议体系是一个计算机网络工业标准，在计算机网络体系结构中具有非常重要的地位。导致这一结果的原因很多，例如：TCP/IP的非专利技术特性；因特网（Internet）、内联网（Intranet）和外联网（Extranet）的高速发展；操作系统软件中包含TCP/IP。
　　与其他网络体系结构不同，TCP/IP是“开放”的。就是说，描述TCP/IP的规范和相关协议对普通大众是开放的、免费的，只要登录到因特网就可下载其中每一个协议规范。
　　TCP/IP被广泛接受并被大多数机构采用的另一个原因，是因特网的发展以及连接到因特网的机构和用户数量的增长。由于因特网是基于TCP/IP的，因此访问因特网的用户可通过计算机使用TCP/IP。还有一个原因就是UNIX和Linux等操作系统已将TCIP/IP作为其整个结构的一个集成部件，而Windows和Macintosh（Macintosh OS）等操作系统中也包含了TCP/IP。
　　《TCP/IP基础》是《网络工程师教育丛书》的第4册，是一种关于TCP/IP协议的课程。它比较系统、全面地介绍TCP/IP体系结构、底层应用程序、构件和协议，以及访问因特网所需的链路。本书先修课程包括《网络基础》《局域网》《城域网与广域网》等，熟悉这些课程的知识将有利于本课程的学习。
　　本书的目的是帮助读者掌握TCP/IP协议体系结构、构件和功能，了解TCP/IP所提供的服务及其工作原理，熟悉网络协议分析的基本方法和网络故障的诊断处理技术。全书分为9章，主要内容包括：TCP/IP体系结构；TCP/IP应用程序；子网划分；TCP/IP协议；TCP/IP服务；下一代网际协议；TCP/IP路由技术；TCP/IP应用程序原理；网络协议分析及故障诊断。
　　本书由刘化君、张文等编著。在编写过程中，得到了许多同行的支持和帮助，在此表示感谢。
　　由于编著者水平所限，书中定有不妥之处，恳请广大读者批评指正。
                                                           
编著者     
2015年3月18日　　

目    录

第一章  TCP/IP体系结构	（1）
第一节  OSI参考模型简介	（1）
     OSI参考模型各层的主要功能	（1）
     物理地址	（2）
     逻辑地址	（3）
     地址总结	（5）
     练习	（5）
第二节  TCP/IP协议体系	（6）
     TCP/IP协议体系概述	（7）
     TCP/IP协议栈	（8）
     IP的版本	（10）
     TCP/IP通信	（10）
     练习	（12）
第三节  IP编址	（13）
     IP地址	（13）
     IP地址格式	（15）
     编址规则	（16）
     A类地址网络示例	（17）
     典型问题解析	（17）
     练习	（19）
本章小结	（20）
第二章  TCP/IP应用程序	（22）
第一节  TCP/IP应用程序简介	（22）
     访问TCP/IP应用程序	（23）
     常见TCP/IP应用程序简介	（24）
     应用程序及其协议的分类	（26）
     练习	（27）
第二节  Web	（28）
     Web的基本概念	（28）
     Web的关键组件	（30）
     搜索引擎	（33）
     移动Web	（33）
     练习	（34）
第三节  文件传送服务	（34）
     FTP服务的用途	（35）
     文件传送命令	（35）
     如何使用FTP	（37）
     练习	（39）
第四节  电子邮件	（40）
     电子邮件的主要功能	（40）
     电子邮箱与地址	（41）
     电子邮件协议	（42）
     邮件服务器配置	（43）
     基于Web的电子邮件	（44）
     练习	（45）
第五节  网络管理	（45）
     网络管理的基本概念	（46）
     被管理结点/设备的类型	（46）
     网络管理模型	（47）
     网络管理模式	（49）
     RMON标准	（52）
     练习	（54）
第六节  其他应用程序	（55）
     域名系统	（55）
     动态主机配置程序	（56）
     即时通信程序	（57）
     普通文件传送程序	（58）
     练习	（59）
本章小结	（60）
第三章  子网划分	（63）
第一节  子网划分基础	（63）
     何谓子网	（63）
     子网划分的意义	（64）
     网络掩码	（65）
     建立子网	（66）
     最大可用子网数和主机数	（67）
     IP前缀	（69）
     确定子网需求	（70）
     IP广播地址	（71）
     练习	（72）
第二节  C类网络子网划分	（74）
     确定地址范围	（74）
     典型问题解析	（81）
     练习	（83）
第三节  B类网络子网划分	（84）
     确定地址范围	（84）
     典型问题解析	（89）
     练习	（93）
第四节  A类网络子网划分	（94）
     确定地址范围	（95）
     典型问题解析	（98）
     练习	（101）
第五节  无类别域间路由（CIDR）	（101）
     CIDR的主要作用	（102）
     CIDR的工作过程	（103）
     建立超网	（104）
     典型问题解析	（107）
     练习	（108）
本章小结	（110）
第四章  TCP/IP协议族	（114）
第一节  IPv4	（114）
     IP概述	（115）
     IPv4数据报	（116）
     区分服务	（118）
     分段	（119）
     生存时间	（122）
     协议类型	（122）
     寻址	（123）
     选项	（123）
     IPv4数据报封装	（123）
     练习	（124）
第二节  IPv6	（125）
     IPv6地址	（125）
     IPv6地址类型	（128）
     IPv6数据报格式	（130）
     IPv6的部署	（133）
     典型问题解析	（136）
     练习	（137）
第三节  地址解析协议（ARP）	（138）
     ARP概述	（138）
     ARP的工作原理	（139）
     ARP缓存表的查看	（143）
     其他类型的ARP	（144）
     使用邻居发现的IPv6地址绑定	（146）
     典型问题解析	（147）
     练习	（148）
第四节  用户数据报协议（UDP）	（149）
     UDP服务	（150）
     基于端口号的多路分解	（150）
     UDP格式	（151）
     端口号	（152）
     UDP服务的操作	（153）
     练习	（154）
第五节  传输控制协议（TCP）	（155）
     TCP为应用提供的服务	（155）
     TCP与连接建立	（156）
     TCP与数据传送	（162）
     典型问题解析	（171）
     练习	（173）
第六节  TCP/IP网络的信息传送	（176）
     信息传送	（176）
     网络各层的主要功能	（176）
     计算机网络寻址	（177）
     获取逻辑地址	（177）
     获取物理地址	（178）
     在应用程序之间建立连接	（178）
     传送信息	（178）
     终止连接	（179）
本章小结	（180）
第五章  TCP/IP服务	（183）
第一节  域名系统	（183）
     DNS概述	（184）
     DNS的层次结构	（184）
     域名命名	（187）
     域名系统的树状结构	（188）
     域名授权	（189）
     区域	（189）
     域名服务器	（191）
     授权区域信息	（192）
     主文件	（192）
     域名解析	（193）
     练习	（195）
第二节  互联网控制报文协议	（197）
     ICMP概述	（197）
     ICMP报文格式与封装	（198）
     ICMP消息类型	（199）
     ICMPv6	（201）
     典型问题解析	（202）
     练习	（203）
第三节  互联网组管理协议	（203）
     IP多播	（204）
     多播寻址	（204）
     IP多播地址到物理多播地址的映射	（205）
     IGMP消息格式	（206）
     练习	（207）
第四节  动态主机配置协议	（208）
     DHCP的基本概念	（208）
     DHCP消息格式	（209）
     DHCP的工作原理	（211）
     DHCP客户机租用更新	（216）
     DHCP客户机——?DHCP RELEASE消息	（217）
     练习	（217）
第五节  网络地址转换	（219）
     NAT概述	（220）
     IP地址转换	（221）
     增强的网络安全性	（225）
     NAT?配置实例	（226）
     练习	（228）
本章小结	（230）
第六章  TCP/IP路由技术	（233）
第一节  路由的概念	（233）
     何谓路由	（234）
     路由表	（235）
     IP数据报路由操作过程	（237）
     直接路由	（240）
     间接路由	（240）
     路由选择示例	（244）
     管理位距	（245）
     练习	（246）
第二节  路由算法与协议	（247）
     路由选择协议	（247）
     距离向量路由算法	（250）
     链路状态路由算法	（252）
     网关协议	（254）
     典型问题解析	（255）
     练习	（256）
第三节  路由信息协议（RIP）	（257）
     RIP概述	（257）
     RIP报文格式	（258）
     RIP的稳定特性	（262）
     为IPv6设计的RIPng	（265）
     典型问题解析	（265）
     练习	（267）
第四节  开放最短路径优先（OSPF）协议	（269）
     OSPF概述	（270）
     OSPF报文格式	（270）
     OSPF路由区域	（272）
     区域路由的组件	（273）
     邻居和邻接	（276）
     路由服务类型	（279）
     典型问题解析	（280）
     练习	（281）
第五节  边界网关协议（BGP）	（284）
     BGP概述	（285）
     典型问题解析	（288）
     练习	（289）
本章小结	（290）
第七章  典型应用程序原理	（295）
第一节  Web工作原理	（295）
     Web的工作模式	（295）
     超文本传送协议	（298）
     超文本标记语言	（304）
     浏览器访问Web服务器的交互过程	（304）
     练习	（313）
第二节  文件传送协议	（313）
     文件传送协议概述	（313）
     FTP连接	（314）
     FTP客户机与FTP服务器通信	（315）
     文件传送过程	（318）
     文件传送协议命令结构	（318）
     文件传送协议的实现	（321）
     典型问题解析	（321）
     练习	（322）
第三节  电子邮件系统	（323）
     电子邮件系统的构成	（323）
     SMTP邮件进程	（325）
     SMTP?邮件传送	（326）
     邮件读取协议	（328）
     典型问题解析	（331）
     练习	（332）
本章小结	（332）
第八章  多媒体通信协议	（335）
第一节  流媒体传输协议	（336）
     实时传输协议（RTP）	（336）
     实时传输控制协议（RTCP）	（339）
     实时流媒体协议（RTSP）	（343）
     资源预留协议（RSVP）	（346）
     练习	（351）
第二节  VoIP协议	（352）
     会话起始协议（SIP）	（352）
     H.323协议	（354）
     练习	（359）
本章小结	（360）
附录A  课程测验	（362）
附录B  术语表	（367）
参考文献	（377）