Linux的TCP / IP网络结构

网络和L i n u x是密切相关的。在某种意义上 L i n u x是一个针对I n t e r n e t和W W W的产品。它
的开发者和用户用We b来交换信息思想、程序代码，而 L i n u x自身常常被用来支持各种组织机
构的网络需求。这一节讲的是 L i n u x如何支持如T C P / I P等网络协议的。T C P / I P最初是为支持
A R PA N E T (一个美国政府资助的研究性网络 )上计算机通信而设计的。 A R PA N E T提出了一些
网络概念如包交换和协议分层 (一个协议使用另一个协议提供的服务 )。A R PA N E T于1 9 8 8年隐
退，但是它的继承者 (NSF1 NET和I n t e r n e t )却变得更大了。现在我们所熟知的万维网 ( Wo r l d
Wi d e We b )就是从A R PA N E T演变过来的，它自身支持 T C P / I P。UNIX  T M被广泛应用于
A R PA N E T，它的第一个网络版本是4.3 BSD。L i n u x的网络实现是以4.3 BSD为模型的，它支
持B S D s o c k e t s (及一些扩展)和所有的T C P / I P网络。选这个编程接口是因为它很流行，并且有
助于应用程序从L i n u x平台移植到其他UN I X TM 平台。
在I P网络中，每台机器都有一个 I P地址，一个 3 2位的数字，它惟一地标识这台机器。
W W W是一个非常巨大并且迅速增长的网络，每台连在上面的机器都必须有一个独立的 I P地
址。I P地址由四个用点分开的数字表示，如1 6 . 4 2 . 0 . 9这个I P地址实际上分成两部分：网络地址
和主机地址，每部分的长度是可以变化的 (有好几类I P地址)。以1 6 . 4 2 . 0 . 9为例，网络地址是
1 6 . 4 2，主机地址是0 . 9。主机地址又进一步分为子网地址和主机地址。还是以 1 6 . 4 2 . 0 . 9为例，
子网地址是1 6 . 4 2 . 0，主机地址是1 6 . 4 2 . 0 . 9。这样就可以允许某部门划分他们自己的子网络。
例如，如果1 6 . 4 2是A C M E计算机公司的网络地址，则 1 6 . 4 2 . 0可能是子网0，1 6 . 4 2 . 1可能是子
网1。这些子网可以是分别建立的，可能租用电话线或用微波进行相互间通信。 I P地址由网络
管理员分配，用I P子网可以很好地管理网络。I P子网的管理员可以自由分配子网内的I P地址。
通常，I P地址是比较难记的，而域名则容易记，像 l i n u x . a c m e . c o m，就比1 6 . 4 2 . 0 . 9要好记
一些。但是必须有一些机器来将网络名称转变为 I P地址。这些名称被静态地定义在 / e t c / h o s t s

文件中，或者L i n u x能请求域名服务器( D N S )来解析它。这种情况下，本地主机必须知道一个
或一个以上的D N S，并且这些服务器要将其名称指定到/ e t c / r e s o l v.conf 中。
当希望与另一台计算机连接时，比如说想阅读一个 We b页，用户的I P地址就会用来与那台

机器交换数据。这些数据被包含在一些 I P包中，每个I P包都有一个I P头用来包含源机器的I P地
址和目的机器的I P地址、校验和以及其他的有用信息。I P包的校验和用来让I P包的接收端判断
I P包是否在传输过程中发生错误，譬如由于电话线路的问题而引起的错误。应用程序想要传
输的数据可能被分成很多个容易处理的小包。 I P数据包的大小是根据传输媒体的变化而不同
的；以太网包通常比P P P包要大一些。目的主机在将数据送给接收端应用程序前需要将这些包
重新拼装起来。如果从一个比较慢的站点访问一个有大量图像的 We b页，就会看到数据的分
割与重组。
同一子网内的主机之间可以直接发送 I P包，而其他的I P包将被送到一个特定的主机：网
关。网关(或路由器)是用来连接多个I P子网的，它们会转发送从子网内来的 I P包。例如，如果
子网1 6 . 4 2 . 1 . 0和1 6 . 4 2 . 0 . 0之间通过一个网关相连，那么任何从子网 0发往子网1的包必须由网
关指引，网关可以帮这些包找到正确的路线。本地主机建立路由表用以为 I P包找到正确的机
器。每一个目的I P都有一个条目在路由表中，用以告诉 L i n u x将I P包送到哪一台主机。这些路
由表是随网络的拓扑结构变化而动态变化的。
I P是一个传输层的协议，其他协议可以用它来传输数据。传输控制协议 ( T C P )是一个可靠
的端对端的协议，它用I P来传送和接收它自己的包。正如I P包有它自己的头一样，T C P也有它
自己的头。T C P是一个面向连接的协议，两个网络应用程序通过一个虚连接相连，即使它们
之间可能隔着很多子网、网关、路由器。 T C P可靠地传送和接收两应用程序间的数据，并保
证数据不会丢失。当用I P来传输T C P包时，I P包的数据段就是T C P包。每一个通信主机的I P层
负责传送和接收I P包。用户数据报协议( U D P )也用I P层来传输它的包，不像T C P，U D P不是一

个可靠的协议，但它提供了一种数据报服务。有多个协议可以使用 I P层，接收I P包的时候必
须知道该I P包中的数据是哪个上层协议的，因此 I P包头中有个一字节包含着协议标识符。例
如，当T C P请求I P层传输一个I P包时，I P包的包头中用标识符指明该包包含一个 T C P包，I P接
收层用该标识符决定由哪一协议来接收数据，这个例子中是 T C P层。当应用程序通过 T C P / I P
进行通信时，它们不仅要指定目标的 I P地址，而且还要指定应用的端口地址。一个端口地址
惟一地标识一个应用，标准的网络应用使用标准的端口地址，如 We b服务使用8 0端口。这些
已登记的端口地址可在 /etc/services 中看到。
这一层的协议不仅仅是T C P、U D P和I P。I P层本身用很多种物理媒介将I P包从一个主机传
到其他主机。这些媒介可以加入它们自己的协议头。以太网层就是一个例子，但 P P P和S L I P
不是这样。一个以太网( E t h e r n e t )允许很多个主机同时连接到同一根物理电缆上。传输中的每
一个以太网帧可以被所有主机看见，因此每一以太网设备有个惟一的地址。任何传送给该地
址的以太网帧被有该地址的以太网设备接收，而其他主机则忽略该帧。这个唯一的地址内置
于每一以太网设备中，通常是在网卡出厂时就写在 S R O M 2中了。以太网地址有 6B长，如：
0 8 - 0 0 - 2 b - 0 0 - 4 9 - A 4。一些以太网地址是保留给多点传送用的，送往这些地址的以太网帧将被
网上所有的主机接收。以太网帧可以携带很多种协议 (作为数据)，如I P包，并且也包括它们头
中的协议标识符。这使得以太网层能正确地接收 I P包并将它们传给I P层。
为了能通过像以太网这样的多连接协议传送 I P包， I P层必须找到每一I P主机的以太网地址。
I P地址仅仅是一个地址概念，以太网设备有它们自身的物理地址。
从另一方面说，I P地址是可以被网络管理员根据需要来分配和再分配的，而网络硬件只
对含有它们自己的物理地址或多点传送地址的以太网帧作出响应。 L i n u x用地址解析协议

( A R P )来允许机器将I P地址转变成真正的硬件地址，如以太网地址。如果一个主机想知道某一
I P地址对应的硬件地址，它就用一个多点传送地址将一个包含该 I P地址的A R P请求包发给网
上所有节点，拥有该 I P地址的目标主机则响应一个包含物理硬件地址的 A R P应答。A R P不仅
仅局限于以太网设备，它能够用来在其他一些物理媒介上解析 I P地址，如F D D I。那些不支持
A R P的网络设备会被标记出来，L i n u x将不会用A R P。还有一个提供相反功能的反向地址解析
协议( R A R P )，用来将物理网络地址转变为 I P地址。这一协议常常被网关用来响应包含远程网
络I P地址的A R P请求。