11.3 全球 IP 因特网

全球 IP 因特网是最著名和最成功的互联网络实现。从 1969 年起，它就以这样或那样的形式存在了。虽然因特网的内部体系结构复杂而且不断变化，但是自从 20 世纪 80 年代早期以来，客户端-服务器应用的组织就一直保持着相当的稳定。图 11-8 展示了一个因特网客户端-服务器应用程序的基本硬件和软件组织。

一个因特网应用程序的硬件和软件组织

图 11-8 一个因特网应用程序的硬件和软件组织

每台因特网主机都运行实现 TCP/IP 协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网络协议）的软件，几乎每个现代计算机系统都支持这个协议。因特网的客户端和服务器混合使用套接字接口函数和 Unix I/O 函数来进行通信（我们将在 11.4 节中介绍套接字接口）。通常将套接字函数实现为系统调用，这些系统调用会陷入内核，并调用各种内核模式的 TCP/IP 函数。

TCP/IP 实际是一个协议族，其中每一个都提供不同的功能。例如，IP 协议提供基本的命名方法和递送机制，这种递送机制能够从一台因特网主机往其他主机发送包，也叫做数据报（datagram）。IP 机制从某种意义上而言是不可靠的，因为，如果数据报在网络中丢失或者重复，它并不会试图恢复。UDP（Unreliable Datagram Protocol，不可靠数据报协议）稍微扩展了 IP 协议，这样一来，包可以在进程间而不是在主机间传送。TCP 是一个构建在 IP 之上的复杂协议，提供了进程间可靠的全双工（双向的）连接。为了简化讨论，我们将 TCP/IP 看做是一个单独的整体协议。我们将不讨论它的内部工作，只讨论 TCP 和 IP 为应用程序提供的某些基本功能。我们将不讨论 UDP。

从程序员的角度，我们可以把因特网看做一个世界范围的主机集合，满足以下特性：

主机集合被映射为一组 32 位的 IP 地址。
这组 IP 地址被映射为一组称为因特网域名（Internet domain name）的标识符。
因特网主机上的进程能够通过连接（connection）和任何其他因特网主机上的进程通信。

接下来三节将更详细地讨论这些基本的因特网概念。

旁注 IPv4 和 IPv6

最初的因特网协议，使用 32 位地址，称为因特网协议版本 4（Internet Protocol Version 4，IPv4）。1996 年，因特网工程任务组织（Internet Engineering Task Force，IETF）提出了一个新版本的 IP，称为因特网协议版本 6（IPv6），它使用的是 128 位地址，意在替代 IPv4。但是直到 2015 年，大约 20 年后，因特网流量的绝大部分还是由 IPv4 网络承载的。例如，只有 4% 的访问 Google 服务的用户使用 IPv6 [42]。

因为 IPv6 的使用率较低，本书不会讨论 IPv6 的细节，而只是集中注意力于 IPv4 背后的概念。当我们谈论因特网时，我们指的是基于 IPv4 的因特网。但是，本章后面介绍的书写客户端和服务器的技术是基于现代接口的，与任何特殊的协议无关。