java02-网络基础.ppt

Java网络编程 网络基础,Instructor:Teaching Assistants:?,主要内容,21 什么是网络22 Internet23 TCP/IP协议24 Web基础,主要内容,21 什么是网络22 Internet23 TCP/IP协议,Lets go to.,网络的定义,计算机网络（computer network）自主计算机（autonomous computers）的互联（interconnected）组合。网络是可以几乎实时地彼此发送和接收数据的计算机和其他设备的总和。网络传输介质可以是电缆、光缆，也可以是红外光和微波。,网络结构示意图,其它设备,计算机,传输线缆,网络中的两个重要问题,如何准确的定位网络上一台或多台主机。找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。,网络节点,网络中的每台机器称为一个节点（Node）,大多数节点是计算机，但是打印机、路由器、网桥、网关、嵌入式设备（如热水器）等也可以是网络节点。具有完整功能的计算机节点也称为主机（Host）。,节点与主机,节点,主机,网络地址,网络中的每个节点都有地址（Address）,地址是用于标识节点的一连串字节，每个地址中的字节越多，可用地址就越多。不同的网络地址的分配方式会不同。如AppleTalk地址由每台主机在启动时随机选择，以太网地址绑定于以太网硬件，由硬件厂商在出厂前固定（如网卡的MAC地址）。Internet地址（IP地址）则由专门的组织分配。,包交换,所有现代计算机网络都是包交换（分组交换）网络。,主机之间传递的数据在网络传输中被分割成小块，称为包（packet，也称分组），每个都包含了来自哪里，去向何处的相关信息（包含源地址和目的地址）。将数据分割成包的好处是：众多的数据交换可以共享同一条线路；在传输与接收时可以对数据进行校验。,协议,在主机之间进行数据传递时协议起着至关重要的作用。,协议（protocol）是定义计算机如何通信的一组明确的规则：包括地址格式、数据如何分包等等。针对网络通信的不同层面，有很多不同的协议(网络协议（network protocol）、传输协议（transport protocol）、应用程序协议（Application protocol）)。,协议（续）,在主机之间进行数据传递时协议起着至关重要的作用。,如：超文本传输协议（HTTP）定义了Web浏览器如何与服务器通信；IEEE802.3标准定义了数据位如何编码位某种线缆上的电信号的协议等等。开放的、公开的协议标准允许不同厂家的软件和设备彼此通信。,两个重要问题的解决,如何准确的定位网络上一台或多台主机。（节点地址、路由协议）找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。（包交换、传输协议）,网络基本概念小结,节点,主机,数据包,不同类型的网络中有不同协议,网络中的每个节点都有地址,主要内容,21 什么是网络22 Internet23 TCP/IP协议,Lets go to.,Internet概述,因特网（Internet）是目前世界上最大的计算机网络，更确切地说是网络的网络（或者互连的网络），几乎覆盖了整个世界。该网络组建的最初目的是为研究部门和大学服务，便于研究人员及其学者探讨学术方面的问题，因此有科研教育网（或国际学术网）之称。进入90年代，因特网向社会开放，利用该网络开展商贸活动成为热门话题。大量的人力和财力的投入，使得因特网得到迅速的发展。成为 企业生产、制造、销售、服务、人们日常工作、学习、娱乐等生活中不可缺少的一部分。,Internet的起源,Internet最初起源于美国国防部高级研究项目署（ARPA）在1969年建立的一个实验性网络ARPANET。该网络将美国许多大学和研究机构中从事国防研究项目的计算机连接在一起，是一个广域网。1974年ARPANET研究并开发了一种新的网络协议，即TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol：传输控制协议/互连协议），使得连接到网络上的所有计算机能够相互交流信息。20世纪80年代局域网技术迅速发展，1981年ARPA建立了以ARPANET为主干网的Internet网，1983年Internet已开始由一个实验型网络转变为一个实用型网络。,Internet的实用化,1986年建立的美国国家科学基金会网络NSFNET是Internet的一个里程碑，它将美国的五个超级计算机中心连接起来，该网络使用TCP/IP协 议与Internet连接。NSFNET建成后，Internet得到了快速的发展。到1988年NSFNET已经接替原有的ARPANET成为 Internet的主干网。1990年，ARPANET正式宣布停止运行。,Internet的公众化,近年来，随着Internet的不断发展，Internet已经发展到各个国家的各个行业，发达国家到2001年底，Internet用户普及率已经超过 90%。Internet为个人生活与商业活动提供了更为广阔的空间和环境。网络广告、电子商务、电子政务、电子办公已经成为大家所熟悉的名字术语。Internet的公众化主要体现在：1）Internet用户的普及：到2001年地全球已经超过2.5亿用户;2）Internet应用范围广泛：从国防军事、教育科研到金融贸易，从远程教育到远程医疗，从政府办公到日常事务到处都与Internet紧密相连。,主要内容,21 什么是网络22 Internet23 TCP/IP协议,Lets go to.,TCP/IP协议简介,TCP/IP协议起源于ARPANET，目前已成为实际上的Internet的标准连接协议；TCP/IP协议其实是一个协议集合，内含了许多协议。TCP（Transmission Control Protocol：传输控制协议）和IP（Internet Protocol：互联协议）是其中最重要的、确保数据完整传输的两个协议，IP协议用于在主机之间传送数据，TCP协议则确保数据在传输过程中不出现错误和丢失。除此之外，还有多个功能不同的其他协议。,TCP/IP协议的分层,目前，因特网上使用的通信协议TCP/IP协议与OSI相比，简化了高层的协议，简化了会话层和表示层，将其融合到了应用层，使得通信的层次减少，提高了通信的效率。下图示意了TCP/IP 与 ISO OSI 参考模型之间的对应关系。,OSI模型 vs.TCP/IP模型,1 物理层,2 数据链路层,3 网络层,4 传输层,5 会话层,6 表示层,7 应用层,OSI,网络接口层,网际层IP,传输层TCP,UDP,应用层(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等),TCP/IP,为什么要分层,通过网络发送数据是一项复杂的操作，分层可以简化这项操作，从而使应用程序开发的接口与终端用户接口变得简单。分层之后，每一层只与其上下两层发生关联，只要层之间的接口不便，任何一层的变更与修改都不会影响到其它层。,TCP/IP四层模型,应用层,传输层,网络层,网络接口层,网络接口层,有时也称作链路层、数据链路层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。,网络层,网络层有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（internet组管理协议）。,IP协议,IP协议是TCP/IP协议使用的传输机制，它是一种不可靠的无连接数据报协议尽最大努力服务。尽最大努力的意思是IP不提供差错检测或跟踪。IP假定了底层是不可靠的，因此尽最大努力传输到目的地，但没有保证。当可靠性很重要时，IP必须与一个可靠的协议（如TCP）配合起来使用。,IP地址,IP协议用来封装TCP和UDP消息段。IP为网络硬件提供了一个逻辑地址，即IP地址，可以用来将由路由器连接在一起的各个物理网络区分开。IP协议所提供的逻辑IP地址还表示了数据发往的目的网络及在那一网络上的主机地址。这样它就可以用于将数据单元（称为“数据报”）引向正确的目的地。IP地址的长度为32位。Internet的网络IP地址按结点计算机所在网络规模的大小可分为五类(A-E类),常用的是A、B、C类。每一类网络中IP地址的结构即网络标识长度和主机标识长度都有所不同。,C类地址示例IP地址子网掩码,IP数据报的寿命,TTL（Time To Live，又称生存时间）指明了该数据报在互联网中允许存在的时间，以秒为单位。只要一台机器向网上输入一个数据报，就为它设置一个最大生存时间。当数据 报通过的主机和路由器对该数据报进行处理时，要递减其寿命字段的值。若此值为0，就将该数据报从网络上删除。只要一个TTL为0，路由器就丢弃该数据报，并向源网点发送一个出错信息。为数据报设置定时器的思想，保证了即使路由表不可靠而选择了一个循环路由，数据报都不会在网络中无休止的流动下去。,传输层,传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途。,TCP协议,TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。,TCP协议的特性,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,TCP协议的特性（1）,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,应用程序之间传输的数据可视为无结构的字节流（或位流），流投递服务保证收发的字节顺序完全一致。,TCP协议的特性（2）,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,数据传输之前，TCP模块之间需建立类似虚电路的连接，其后的TCP报文在此连接基础上传输。,TCP协议的特性（3）,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,TCP是可靠的传输协议，它使用确认机制来检查数据是否安全和完整的到达。接收方根据收到的报文中的校验和，判断传输的正确性：如果正确，进行应答，否则丢弃报文。发送方如果在规定的时间内未能获得应答报文，自动进行重传。,TCP协议的特性（4）,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,TCP模块提供强制性传输（立即传输）和缓冲传输两种手段。缓冲传输允许将应用程序的数据流积累到一定的体积，形成报文，再进行传输。,TCP协议的特性（5）,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,TCP模块之间可以进行全双工的数据流交换，即数据可在同一时间进行双向流动。当分组从A发往B时，它也可以携带对B发来的分组的确认。这就叫捎带。,TCP协议的特性（6）,TCP协议在IP协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的、面向流的投递服务。（1）面向数据流的投递服务（2）面向连接的投递（3）可靠传输服务（4）缓冲传输（5）全双工传输（6）流量控制,TCP模块提供滑动窗口机制，支持收发TCP模块之间的端到端流量控制。,TCP端口,TCP允许一台机器上的多个应用程序同时进行通信，它能对接收到的数据针对多个应用程序去进行复用操作。TCP用端口号来标识一台机器上的多个目的进程。每个端口都被赋予一个小的整数以便识别。TCP端口与一个16位的整数值相对应，该整数值也被称为TCP端口号。需要服务的应用进程与某个端口号进行联接（Binding），这样TCP模块就可以通过该TCP端口与应用进程通信。,TCP连接与端点,IP地址只对应到因特网中的某台主机，而TCP端口号可对应到主机上的某个应用进程。TCP使用连接而不是协议端口作为基本的抽象概念，连接使用一对端点来标识。TCP把端点定义为一对整数，即（host,port），其中host是主机的地址，port则是该主机上的TCP端口号。例如，端点(202.114.206.234,80)表示的是IP地址为的主机上的80号TCP端口。由于TCP使用两个端点来识别连接，所以一个机器上的某个TCP端口号可以被多个连接所共享。,TCP端口作用示意图,TCP/UDP应用程序端口号分配,端口号的取值可由用户定义或者系统分配。TCP端口号采用了动态和静态相结合的分配方法，对于一些常用的应用服务（尤其是TCP/IP协议集提供的应用服 务），使用固定的端口号；例如：电子邮件（SMTP）的端口号为25，文件传输（FTP）的端口号为21，WEB服务的端口号为80，远程登录服务(TELNET)的端口号是23等。对于其它的应用服务，尤其是用户自行开发的应用服务，端口号采用动态分配方法，由用户指定操作系统分配。TCP/IP约定：01023为保留端口号,标准应用服务使用；1024以上是自由端口号，用户应用服务使用。,TCP/UDP应用程序端口号分配,UDP协议,而另一方面，U D P则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。所以，UDP提供的是无连接的、不可靠的传输服务。,UDP的适用范围,（1）UDP适用于需要简单的请求-响应通信，而较少考虑流控制和差错控制的进程；（2）UDP适用于具有内部流控制和差错控制机制的进程。例如，简单文件传送协议（TFTP）的进程就包括流控制和差错控制，它能够很容易的使用UDP；（3）对多播和广播来说，UDP是个合适的运输协议。多播和广播能力已经嵌入在UDP软件中，但没有嵌入到TCP软件中；（4）UDP可用于进程管理，如SMTP；（5）UDP可用于某些路由选择更新协议，如路由选择信息协议RIP。,UDP的优点与不足,使用UDP协议的好处：在少量数据的传输时，使用UDP协议传输信息流，可以减少TCP连接的过程，提高工作效率。UDP协议的不足：当使用UDP协议传输信息流时，用户应用程序必须负责解决数据报排序，差错确认等问题。在多媒体应用中，常用TCP支持数据传输，UDP支持音频/视频传输。,插口地址,UDP需要两个标识符，IP地址和端口号。一个IP地址与一个端口号合起来就叫做插口地址（SOCKET ADDRESS）。客户插口地址唯一地定义了客户进程，而服务器插口地址唯一地定义了服务器进程。要使用UDP的服务，需要一对插口地址：客户端插口地址和服务器端插口地址。这四种信息是IP首部和UDP首部的一部分。IP首部包括IP地址，UDP首部包括端口号。,应用层,应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序：（1）Telnet 远程登录。（2）FTP 文件传输协议。（3）SMTP 简单邮件传送协议。（4）SNMP 简单网络管理协议。还有HTTP、DNS,主要内容,22 Internet23 TCP/IP协议24 Web基础,Lets go to.,Web的起源,Web就是一种超文本信息系统。Web这个Internet上最热门的应用架构是由Tim Berners-Lee发明的。Web的前身是1980年Tim Berners-Lee负责的Enquire（Enquire Within Upon Everything的简称）项目。1990年11月，第一个Web服务器开始运行，Tim Berners-Lee在自己编写的图形化Web浏览器World Wide Web上看到了最早的Web页面。,Web的精华,从技术层面看，Web架构的精华有三处：用超文本技术（HTML）实现信息与信息的连接；用统一资源定位技术（URI）实现全球信息的精确定位；用新的应用层协议（HTTP）实现分布式的信息共享。这三个特点无一不与信息的分发、获取和利用有关。其实，Tim Berners-Lee早就明确无误地告诉我们：Web是一个抽象的（假想的）信息空间。也就是说，作为Internet上的一种应用架构，Web的首要任务就是向人们提供信息和信息服务。,Web资源的访问,WWW被认为是全球互连的实际的和抽象的资源的集合它按需求提供信息实体通过互联网访问。实际的资源的范围从文件到人，抽象的资源包括数据库查询。因为要通过多样的方式识别资源（人的名字可能相同，然而计算机文件只能通过唯一的路径名称组合访问），所以需要标准的识别WWW资源的途径。为了满足这种需要，Tim Berners-Lee引入了标准的识别、定位和命名的途径：URI、URL和URN。体系中的URI、URL和URN是彼此关联的。URI的范畴位于体系的顶层，URL和URN的范畴位于体系的底层。这种排列显示URL和URN都是URI的子范畴。,URI,URI表示的是统一的资源标识，它是以某种统一的（标准化的）方式标识资源的简单字符串。典型情况下，这种字符串以scheme（命名URI的名字空间的标识符一组相关的名称）开头，语法如下：scheme:scheme-specific-part,URI（续）,又如：,URL,URL（Uniform Resoure Locator：统一资源定位器）是WWW资源的地址，它从左到右由下述部分组成：(1)Internet资源类型（scheme）：指出WWW客户程序用来操作的工具。如“http：/”表示WWW服务器，“ftp：/”表示FTP服务器，“gopher：/”表示Gopher服务器，而“new：”表示Newgroup新闻组。(2)服务器地址（host）：指出资源所在的服务器域名。(3)端口（port）：有时对某些资源的访问来说，需给出相应的服务器提供端口号。(4)路径（path）：指明服务器上某资源的位置（其格式与DOS系统中的格式一样，通常有目录/子目录/文件名这样结构组成）。与端口一样，路径并非总是需要的。URL地址格式排列为：scheme：/host：port/path，例如http：就是一个典型的URL地址。,HTTP协议,HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）是超文本传输协议的缩写，它用于传送WWW方式的数据（如HTML格式的Web页面），关于HTTP协议的详细内容请参考RFC2616。HTTP协议采用了请求/响应模型。客户端向服务器发送一个请求，请求头包含请求的方法、URI、协议版本、以及包含请求修饰符、客户 信息和内容的类似于MIME的消息结构。服务器以一个状态行作为响应，相应的内容包括消息协议的版本，成功或者错误编码加上包含服务器信息、实体元信息以及可能的实体内容。,作业2-1（20分）,列举TCP/IP分层模型中各层使用的常见协议。（3分）TCP和UDP协议有何异同。（4分）Web与HTTP协议有何关系。有哪些常见的Web服务器。（3分）名词解释：计算机网络、TTL、端口号、节点、套接字、URL、URI、Web、协议、包（10分）,下一章:Java I/O,THE END,