互联网概述教案第1章XG.ppt

互联网原理与应用发展,（计算机学院 范冰冰教授）,你所认识互联网？互联网怎样发展而来的呢？又往何处去？网络技术主要内容？互联网核心技术体系附属的网络概念和技术？因特网有哪些主要应用？互联网上怎样构作应用的？,第1章、互联网技术与应用概述,1.1 互联网发展背景,1.2 互联网设计思想与特点,1.3 互联网基础协议体系结构,1.4 互联网应用,1.5 互联网最新趋势,参考教材1、2、32章,1.1.1 传统网络技术,1.1 互联网发展概述,通信是现代社会三大基础结构之一（能源、交通和通信）。,传统电信网络主要是电报传真网、电话交换网PSTN、数字数据网DDN、分组交换公用数据网PSPDN，以及后来的帧中继网FRN、ATM网、Ethernet、移动通信网等。,网络是实现信息（语音、文本、数据或集合）交互（通信）的网元设备和协议集合。,传统电信网络主要为特定的用户需求设计，实现多业务综合承载应用很困难，经历电路交换到分组交换发展。,1.1.2 计算机网络五个关键方面,1、数据通信Data Communication。通过物理介质实现信息传送的低层机制和技术。,2、分组交换和联网技术。满足不同速率、距离和成本等需要分组交换技术（分组长度、寻址方式）。,3、TCP/IP联网技术。异构网络（不同分组交换技术）互连方法，容纳新网络；强大生命力。,5、附加的网络概念和技术。涉及管理、安全、服务质量等。,4、网络应用和网络编程。网络上实现具体服务的应用系统，软件交互、网络有效结合和简单化开发方法。,1.1.3 计算机网络和网络互连,70年代开始，联网技术计算机网络，核心内容：LAN、网络互连；LAN研究解决小区域计算机互连和信息共享的体系，目前主要是Ethernet：共享介质以太网、交换以太网；Ethernet并随着光收发技术发展，向区域网、城域网发展。,不同目的（速率、距离和成本等）/时间、厂商的各种网络技术，1973 Vinton Cerf/Robert Kahn指出：实际上不可能存在单一分组网络技术能满足所有需求，特别是极低成本小容量家庭/办公网络需要，建议停止单一最佳解决方案寻找。,解决统一网络的出路：探索把多种分组网络互联成一个有机整体的方法，形成全局服务。计算机广域互连，一种跨越不同底层网络技术、操作系统的LAN广泛互连技术，以及在之上实现信息交互和业务应用，即互联网（TCP/IP）技术。,互联网原理和应用，在了解IP编址、IP协议、TCP协议基础上，进一步了解TCP/IP协议体系和工作原理，以及因特网应用系统和编程方法。,互联网internet：通过路由器连接的一组网络，使网中的任何计算机之间可以通信，目前主要运用TCP/IP协议。它可能是任何组织的网络，如Cernet、Jxnet,1.1.4 internet Internet 和Intranet,因特网Internet：运用TCP/IP协议，接受因特网组织统一管理（InterNIC 地址、域名）、全球开放的互联网，前身ARPANET。它是一个特定组织的网络，目前已成为全球计算机互连和应用互联的基础设施，并在和电信网融合成为统一的NGN。,内联网Intranet：运用TCP/IP技术，企业、学校等单位内部互连的网络。,1.2.1 互联网要解决的核心问题,1、网络通信必须解决寻址问题，在网络设备和计算机间的统一虚拟编址和实现准确的传送定位。,1.2 互联网技术思想与特点,2、解决网络可靠性（出错控制）和可管理性问题，网络通信必须解决可靠问题。计算机通信是计算机运行程序之间的通信，所以应当由谁负责可靠交付？因特网和传统电信网的思路不同。,地址转换问题：互联网采用物理链路2层之上独立的第3层地址编制，实际寻址过程需要2、3层地址转换，如ARP、RARP协议。,3、怎样解决网络通信交互和实际应用的结合、网络应用编程、开放性问题。在TCP/IP核心之上开发和建立一系列的实际应用，而且希望使网络技术和计算机技术一体化，方便应用开发推广。,因特网以IP 协议、动态选路协议来提供计算机间的尽力分组传输，网络简单、灵活性好、价格便宜。但没有传统网络严格的呼叫控制和可靠管理功能，只通过简单差错告知协议ICMP、简单网管协议SNMP；因特网通过增加 TCP 协议，建立计算机进程间的连接，实现计算机程序之间的相对可靠通信。,4、解决网络的安全性、服务质量QoS等问题，互联网初始设计基本没有考虑以上问题，所以，存在结构性问题，以后不断通过技术补充来完善。,互联网开放环境安全成为互联网技术重要分支，NAT、防火墙、入侵检测、VPN/IPSEC、加密/认证、SSL/TSL、PKI/CA、漏洞扫描和安全评估、网络攻击和防御,互联网服务质量QoS是不断发展的领域，由于IP的特性，目前互联网QoS本质上CoS，通过区分服务DiffServ、资源预留协议RSVP等适当解决。,互联网通过网络API设计，视网络为可标准调用的计算机外部资源，大大简化了程序员对低层网络通信要求。互联网通过C/S，B/S模式简化呼叫控制。互联网相比电信网促进了网络应用的蓬勃发展。,1.2.2 网络基本传输交换方式,虚电路、交换电路,最早的PSTN电路交换网，采用电路交换方式，预留资源、建立电路，然后通信，拆除电路。可实现高质量管理和对称业务；但信令系统建立每一次呼叫和维护连接状态信息，虚电路对大量突发、非对称小数据量的应用（如网页浏览）是低效率、高代价的。,建立连接预留资源,电路交换方式,分组路由/交换？,60年代，数据通信出现了一个革命性的新概念：分组通信分组交换把数据划分成许多小的数据块（分组），每个分组中包含接收方的地址。网络的每个交换设备都保留有分组如何抵达所有可能目的地的信息。互联网分组通信利用效率远远高于传统通信网，且可以支持应用非常广泛，通信费用也比传统网络低得多。,分组存储转发？,分组交换方式,1.2.3 面向连接的/无连接的流模式和报文模式,面向连接的流模式传输,通常电信网（无论是FR或ATM分组）的都采用面向连接的传输交换方式，连接是对等实体为进行通信而进行的一种结合（打招呼，预处理），面向连接的流传输方式，可以是预留资源虚电路（如 FR、ATM），也可以不预留方法（如TCP）。,面向连接,FBB:什么是连接？对等实体为进行通信而进行的一种结合。面向连接要素：连接建立、数据通信和连接释放三阶段。,连接要素,建立连接预留资源,建立连接不预留资源,分组从 A 传送到 B 的过程,网络,网络,网络,网络,网络,网络,网络,路由器,路由器,路由器,路由器,路由器,路由器,A,B,无连接的报文传输-互联网的IP分组路由方式,范冰冰:在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）因特网中这样一个分组称为IP数据报，也称IP包。通过存储转发，hop by hop尽力逐跳把各分组发送到接收端 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文,数据报,逐跳尽力传输,互联网IP技术采用面向无连接的尽力传送方式（报文模式），只通过简单、灵活的寻址和选路功能，不需信令系统；即发送数据不需要预先和接收建立连接，既不要预定资源，也不确定资源，动态分配资源和发送，使用报文方式的传送信息适合突发性消息发送，简单低成本。,同时IP包不能解决丢报、重复或失序。技术的可靠性、安全性、业务质量保证等方面性能不高，所以使用一种折中的TCP流模式传输。尽管目前主要优点使人们容忍其缺陷，但也是NGI、NGN发展动力。,互联网核心协议 TCP/IP,因特网,什么是点对点传输？什么是端到端传输？什么是协议：控制两个对等实体进行通信的规则集合。,IP数据包怎样通过不同的网络？,在某个IP数据报进入网络传递以前，路由器把IP数据报作为完整的帧数据重新封装到一个帧中，这个帧格式符合某个物理网络传送的硬件要求。,终点,包裹,（原始标签）,包裹目的地,不能用身份证号码作地址通信一样！,网络协议分层,复杂性：一个公司（产品）越来越无法完成一个系统所有的事情。,开放互连：原有技术通常只有通信底层和独立的应用层，在不同基础上完成广泛互连，必须定义超越旧体系、新的工作层。,标准化：解决复杂性和互连不能依赖某些公司产品技术，建立既分工的、有统一协调的体系。,早期网络是不分层，为什么要进行分层处理？,范冰冰:早期计算机应用程序和网络基本两个独立的体系，计算机通信（串口、Moden、DDN、X.25)独立编程完成数据传输，通过操作系统底层向应用呈现提供数据，交互灵活性很差、不标准，从而无法形成更广泛的网络应用。,1.3 互联网协议体系结构,1.3.1 TCP/IP协议结构,网络接口层,IP(RIP OSFP BGP),各种应用层协议HTTP,FTP,SMTP,DNS 等,TCP,网际层,运输层,UDP,应用层,TCP/IP是协议栈:不仅包含了网络互连IP、传输控制TCP等基本的协议，但更多是应用协议，而且仍在不断发展。,ICMP,IGMP,ARP,RARP,TCP/IP体系一般认为是四层结构，但本质上三层应用层、运输层和网络层；网络接口层具体内容不多。,物理层,NAT,BOOTP/DHCP,1.3.4 TCP/IP协议分层与交互,用户进程,用户进程,用户进程,TCP,UDP,IP,ICMP,IGMP,介质,RARP,硬件接口,用户进程,应用层,运输层,网络层,链路层,ARP,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,IP 层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,R2,IP 数据报,硬件地址,MAC 帧,MAC 帧,MAC 帧,IP 地址,R1,TCP连接,1.3.5 协议嵌套和分用,互联网通过一组相同的协议连接在一起网络。,某个具体协议（FTP、TCP、IP、Ethernet），只能在同一协议层对等工作。,每个协议都在处理数据分组（或帧）。发送端，每个下层协议分组对上层协议传来的内容进行封装；多层协议之间分组的封装形成分组嵌套。,相反，接收端每个下层协议对分组数据进行拆封后，根据协议要求传递给相应的上层协议，完成分用。,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物 理 传 输 媒 体,数 据 部 分,数 据 部 分,数 据 部 分,数 据 部 分,比 特 流 11 010111010,T2,计算机 1,FTP,AP2,AP1,应 用 程 序,计算机 2,比特,帧,数据报,TCP包,FTP协议,TCP,FTP,头部,用户使用的网络服务和功能都是由应用软件的提供的。网络应用是为一定应用目标，编写通过因特网进行通信的程序。,1.4 互联网应用,网络数据（二进制比特）通信通常是基础过程，建立依靠网络的适应社会需求的应用，创造社会价值和进步才是最终目的。,1.4.1 互联网应用概念和模式,网络应用系统需要设计其个性的应用协议，来规定数据格式表示，业务交互规则等；TCP/IP协议通常是基础协议和基础应用协议的总称。,应用协议：所交换报文的语法和语义 网络软件怎样交互：客户或服务器模式 应用软件怎样调用TCP/IP通信选择怎样开发平台和工具发生差错时应用系统所采取的动作,互联网应用考虑的关键因素,传统网络技术似乎一直来是解决数据的通信交互问题，网络应用开发和网络通信如何一体化？怎样为软件人员（非网络、通信技术工程师）提供方便的开发方法？应用程序编写通过Socket API实现对互联网的访问和操作，并发展到各种工具和平台。,互联网应用交互模式和应用开发,互联网应用存在的一个问题：两独立计算机上运行的一对应用软件如何协调一致？其答案就是称之为客户服务器模式的交互方式。在一对应用程序中，称为服务器的应用软件首先启动运行并等待连接，而另一个称之为客户的应用软件随后运行，并主动发起连接。,1.4.2 远程资源/信息共享,最早期互联网目的是计算资源共享（接入网络共享计算资源），然后开始演变到通信交互，提供通用通信交互方法。,网络应用最有影响的Web、WWW系统，早期是定位信息发布，信息链接功能，基本上仍是信息共享服务。其他互联网信息共享（交互）应用系统：信息搜索（引擎）、BBS、News,传统（早期）互联网应用是从信息共享（交互）开始，如文件传输系统FTP、远程登陆Telnet、电子邮件等；,信息共享类网络应用系统从科学界到社会上得到了广泛认可，成为信息社会的重要标志，也开创了互联网时代；（社会以应用而不是技术认识互联网）,1.4.3 互联网业务应用系统,之后，浏览器/Web技术的发展成熟和数据库结合，网络应用扩展到电子商务、电子政务的业务流程处理，以及绝大部分计算机应用。,B/S结构成为网络应用的新主体结构，中间件技术出现，由此形成了多层次软件结构，并开始向网络协同业务、组件化发展。,近年，互联网从静态文本、动态信息发展到实时、高质量的多媒体应用。,物联网应用,多媒体应用,E-mail，FTP 信息交互,静态网页信息发布,1.4.4 互联网应用发展,动态网页信息发布,网上营销,电子商务/政务集成,综合业务应用,信息交互,互联网不仅是计算机互连技术，还是全球统一应用互联体系。,1.5.1 下一代网络NGN,传统电信网络和计算机网络深刻融合产生融合NGN。一方面，传统对称话音业务为基础的传输与交换技术向IP技术为基础的新电信框架快速转变；另一方面，LAN和因特网从企业网/科学网向公众运营网络转化，不断强化交换速率、QoS、安全性、可运营性和可管理性。,范冰冰:一方面，电信网络技术围绕IP承载进行改造，传统对称话音业务为基础的传输与交换技术向IP技术为基础的新电信框架快速转变；另一方面，LAN和YTW从企业网/科学网向公众运营网络转化，不断强化交换速率、QoS、安全性、可运营性和可管理性。其次，因特网不仅完成了全球的计算机网络的互连，更实现了统一应用的互联；IP事实上已成为未来网络统一的业务结构标准，PC成为统一桌面，由此引发了新一轮业务模式革命，Web Service分布式网络应用框架逐渐成为IP应用的主流。最后，,1.5 互联网发展最新热点,NGN开始逐渐形成基于智能光交换、高速LAN、IPV6、3G/4G、WiFi的下一代网络；通过分层、分面和开放接口的方式，为业务提供商和网络运营商提供生成、部署和管理开放的新业务环境，逐渐形成虚拟标准化、统一服务的网络应用体系。,移动互联网是NGN目前快速发展的新领域。,1.5.2 基于网络的协同（分布）计算,2000开始，Web Service分布式网络应用和集成框架逐渐成为IP应用的主流。其核心 XML、简单对象访问协议 SOAP、WEB服务描述语言 WSDL技术、统一描述，发现和集成（UDDI），实现的网络应用协同和一体化。,云计算和网格计算，网络资源紧密共享利用、虚拟化、协同（分布）计算，协同计算为基础的向上提供标准化的应用。,对等网络P2P、BT（MP3下载、实况视频），克服C/S中央服务器结构，非集中的自组织网络，可实现就近资源寻找和分发。,1.5.3 网络安全和网络管理,IT系统管理成为新的热点，IT系统有网络、计算平台、存储系统、数据库、应用系统、安全系统等一体化组成，从单一系统设备管理，到面向服务质量的一体化管理成为新的需求；ITSM，ITIL。,网络安全在开放互连环境的黑客攻击中发展，从边界、被动、单层和单点，静态的基于规则网络安全机制/服务，逐步开始向主动、全面和联动，动态的基于行为、可信计算的网络安全转变。主动防御将原来分层的安全统一起来，形成完整闭合安全系统。云安全是新发展的方向。,1.5.4 物联网,人联网，到物联网（Internet of Things）。2009奥巴马正式提出物联网，“物联网”是在“互联网”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换、通信和处理服务。更大、更广泛网络和应用。,物联网（早期传感网）：通过识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。,1.5.5 其它主要热点,高速可靠组网设备和技术，万兆交换机和路由器、MPLS、光交换、多层交换。,自组织网络技术、设备和应用。,智能网和语义网。,互联网多媒体应用技术，实时传输协议RTP、会话控制和呼叫控制SDP、SIP、H.323。,互联网服务质量QoS技术。,互联网多播技术和应用。,互联网原理与应用 课程内容、衔接与相关问题,计算机网络课程基本是LAN、互联网实现原理、设备和工程技术讨论；并涉及数据通信基础，广域通信网；涉及网络安全和管理；网络应用。不同教材有不同内容编排和侧重。,数据通信、局域网LAN互联网、现代网络技术网络存储与计算、NGN与IPV6,网络工程的主要内容体系,网络技术,互联网应用Web技术/开发平台网络软件应用开发电子商务、电子政务系统,综合布线网络规划与设计组网和配置网络性能与测试,网络应用,网络安全和管理,网络构建（系统集成）,防火墙、PKI认证安全评估、防病毒运行支撑管理业务支撑管理,范冰冰:信息的传递要依靠网络，因此实现信息化离不开完善的网络。网络已成为信息社会的命脉和重要基础。网络包含了技术、应用、工程和管理四大部分内容,本课程与相关课程衔接,IP路由协议,各种应用层协议HTTP,FTP,SMTP,DNS，WWW 等,TCP,网际层,运输层,UDP,应用层,TCP/IP关于网络互联的基本内容，以及和LAN/WAN衔接，在计算机网络中已经介绍，不在本课程讲授。本课程重点讲授互联网重要协议，包括基础协议和应用层协议，实际是互联网技术内容的深入。,ICMP,IGMP,ARP,RARP,ARP,LAN、WAN,网络接口层,数据链路/物理层,NAT,BOOTP/DHCP,主要内容讲授内容,互联网技术与应用概述背景、概念、结构、服务互联网基础协议体系网络地址转换NAT，网络配置初试化BOOTP/DHCP，路由选择协议（基本选路、RIP、OSPF、BGP协议）。IP多媒体系统和IP电话系统。互联网应用基础C/S模式和应用程序接口API互联网传统应用基础应用TELNET、FTP、DNS，常用应用协议Email（SMTP）、WWW（HTTP）;IP多媒体系统和IP电话系统 互联网应用开发互联网管理SNMP,课程共/52学时第1部分 1次课/3学时第2部分 3次课/9学时第3部分 2次课/6学时第4部分5次课/15学时第5、6部分 2次课/6学时实验 3次课/10学时习题和复习 1次课/3学时总课时：52学时,关于本课程的授课方式与考试：平时作业15%+实验15%+期终考试70%,本课程的说明,主要参考本课程教材谢希仁计算机网络第5版的有关内容。,本课程强调互联网原理和概念，并不涉及网络编程技术和技巧。,范冰冰:本科内容主要仍然是基本概念的接受，受选修课时的限制，更是希望大家了解/理解概念与技术思想，而不是深入技术细节，也不能完成技术专家培训。本课程是讲授为主，辅助实验和讨论形式，选修课评分的主要依据平时的讨论提问成绩和最终考试结合。,关于本课程的内容体系和讲授顺序安排，并不完全按照教材顺序。,Douglas E.Comer 林生、范冰冰译计算机网络与互联网第五版。,作业1,2.简述互联网的报文模式和流模式。,范冰冰:本科内容主要仍然是基本概念的接受，受选修课时的限制，更是希望大家了解/理解概念与技术思想，而不是深入技术细节，也不能完成技术专家培训。本课程是讲授为主，辅助实验和讨论形式，选修课评分的主要依据平时的讨论提问成绩和最终考试结合。,什么是协议，什么是算法？,3.在20世纪60年代，为什么共享计算资源是最重要的？当万维网出现时，因特网应用发生了什么转变？,4.什么是点对点通信，什么是端到端通信，在互联网中分别用什么协议完成。,