絡(luò)軟件開發(fā)技術(shù)概念篇

1、1,網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)技術(shù)—概念篇,西安交通大學(xué)衛(wèi)顏俊,2,因特網(wǎng)概述,因特網(wǎng)？在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上建立的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng) “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)” 即將全世界不同國(guó)家、不同地區(qū)、不同部門和機(jī)構(gòu)的不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起，形成一個(gè)世界范圍的信息網(wǎng)絡(luò),3,Internet 發(fā)展歷程（1）,● 1983年，TCP、IP協(xié)議研制成功 （Transmission Control Protocol

2、）、 （Internet Protocol） ARPA的鮑勃?凱恩，斯坦福的溫登?澤夫合作發(fā)明 ARPA網(wǎng)機(jī)全部采用TCP/IP；Internet 作為使 用TCP/IP協(xié)議連接的 各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總稱被正式采用Internet，是各網(wǎng)聯(lián)結(jié)總稱● 1985年， NSFNet 美國(guó)

3、國(guó)家基金會(huì)資助建立，連接美5大超級(jí)計(jì)算中心的科技網(wǎng) 也得到軍方的支持（NSFNet，MILNet）● 1986年，多協(xié)議路由器 Cisco公司發(fā)明● 1984年， HTML 超文本置標(biāo)語(yǔ)言 （HyperText Markup Languge） 日內(nèi)瓦歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室，Time Berners-Lee● 1989年

4、，WWW研制成功 （world wide web） 1991年公布,4,Internet 發(fā)展歷程（2）,● 1990年，電子郵件，F(xiàn)TP，消息組等Internet 應(yīng)用受到人們的歡迎， TCP/IP協(xié)議在UNIX系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn) 更進(jìn)一步推動(dòng)了這一發(fā)展● 1993年，Mosaic開發(fā)成功 美國(guó)伊利諾

5、依大學(xué)國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)中心開發(fā)成功了瀏覽工具 NCSA的青年科學(xué)家 Marc Andreeason Netscape 1994年 推出 Internet Explorer 1996年 ● 90年代， 網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)，ATM，GB以太網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展● 1995年， Java技術(shù) SUN公司（James Cosling）， 網(wǎng)絡(luò)程

6、序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、Write once run anywhere Applet 小程序、虛擬機(jī)、平臺(tái)無關(guān) 人們稱是一場(chǎng)“革命”● 瘦客戶機(jī) 手上電腦（HPC）● Internet2， NGI(Next Generation Internet) 等的研究；● Internet的商業(yè)化運(yùn)做,5,Internet的組成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,成千上萬個(gè)互相連接起來的計(jì)算

7、機(jī)設(shè)備: 主機(jī)，端系統(tǒng) PC機(jī), 服務(wù)器移動(dòng)計(jì)算機(jī), PDA 各種各樣的網(wǎng)絡(luò)軟件通信鏈路光纖, 銅線, 無線電, 衛(wèi)星路由器：在網(wǎng)絡(luò)上傳遞(轉(zhuǎn)發(fā))數(shù)據(jù)分組協(xié)議：控制信息的發(fā)送接收如TCP,IP,HTTP, FTP, PPP,,,,,,,,,,,,6,Internet的組成（續(xù)）,因特網(wǎng): “由成千上萬個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接起來的網(wǎng)絡(luò)”-網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)松散的層次結(jié)構(gòu)公用的因特網(wǎng)與私有的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)RFC: Request f

8、or commentsIETF: Internet Engineering Task Force,7,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn): 主機(jī)（端系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)的核心: 路由器由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò) 訪問網(wǎng)絡(luò)的物理介質(zhì): 通信鏈路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,主機(jī),主機(jī),主機(jī),主機(jī),主機(jī),,路由器,通信鏈路,,,8,因特網(wǎng)的邊緣,端系統(tǒng) (主機(jī)):在“網(wǎng)絡(luò)的邊界”運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，如 WWW, email

9、等客戶/服務(wù)器模型客戶發(fā)出請(qǐng)求, 接收服務(wù)器的服務(wù)例如, WWW客戶(瀏覽器)/ 服務(wù)器; email客戶/服務(wù)器peer-peer模型:主機(jī)之間的交互完全對(duì)稱例如: Windows 98用戶互相訪問,9,因特網(wǎng)時(shí)代的到來,因特網(wǎng)的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來因特網(wǎng)是全球性的網(wǎng)絡(luò)豐富的信息和便利的使用是其規(guī)模迅速增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力截止到2000年, Internet的規(guī)模為網(wǎng)絡(luò)數(shù)105（以數(shù)十萬計(jì)）, 主機(jī)數(shù)107 （以數(shù)

10、千萬計(jì)）, 用戶數(shù)108 （以數(shù)億計(jì)） ，主干速率為2.5Gbit/s美國(guó)政府資助的“下一代因特網(wǎng)計(jì)劃”目標(biāo)是主干網(wǎng)的速率比現(xiàn)在的因特網(wǎng)高1000倍端到端的速率要達(dá)到100Mbit/s~10Gbit/s,10,什么是協(xié)議?,人際交流的協(xié)議:introductions“I have a question”“what’s the time?”… 說明發(fā)送的消息… 說明接收到某消息后所應(yīng)采取的行動(dòng),網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:計(jì)算機(jī)之間

11、Internet中所有的通信活動(dòng)都是由協(xié)議所控制,協(xié)議： 定義了網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文的格式、順序以及當(dāng)傳送和接收消息時(shí)應(yīng)采取得動(dòng)作,11,人的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的對(duì)比,,吃了嗎?,,早都吃了,,,TCP 連接 請(qǐng)求,,,,,,什么是協(xié)議?,12,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),?網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的背景——網(wǎng)絡(luò)的狀況多種通信媒介——有線、無線、。。。不同種類的設(shè)備——通用、專用、。。。不同的操作系統(tǒng)——Unix、DOS、Windows、。

12、。。不同的應(yīng)用環(huán)境——固定、移動(dòng)、。。。不同種類業(yè)務(wù)——分時(shí)、交互、實(shí)時(shí)、。。。寶貴的投資和積累——有形、無形、。。。用戶業(yè)務(wù)的延續(xù)性——不允許出現(xiàn)大的跌宕起伏它們互相交織，形成了非常復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境。這種狀態(tài)稱為網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)性。,13,?問題: 異質(zhì)環(huán)境中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間如何通信? 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)定義了一個(gè)框架，它使這些用不同媒介連接起來的不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在不同的應(yīng)用環(huán)境下實(shí)現(xiàn)互操作性，并滿足各種業(yè)務(wù)的需求，它營(yíng)造

13、了一種“生存空間”——任何廠商的任何產(chǎn)品、以及任何技術(shù)只要遵守這個(gè)空間的行為規(guī)則，就能夠在其中生存并發(fā)展。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)解決異質(zhì)性問題采用的是分層方法?！褟?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題劃分為若干個(gè)較小的、單一的問題，在不同層上予以解決。,14,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的幾個(gè)基本概念 協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換（通信）而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。(=語(yǔ)義+語(yǔ)法+規(guī)則)。 不同層具有各自不同的協(xié)議。 實(shí)體：任何可以發(fā)送或接收信息的硬件/軟件進(jìn)

14、程。 對(duì)等層：兩個(gè)不同系統(tǒng)的同名層次。 對(duì)等實(shí)體：位于不同系統(tǒng)的同名層次中的兩個(gè)實(shí)體。 ? 協(xié)議是對(duì)等實(shí)體之間互相交流所使用的語(yǔ)言。 接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對(duì)上層的服務(wù)。 服務(wù)：某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供給其相鄰上層。,15,開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）,OSI/RM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的正式文本是ISO 7498OSI體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的不同功能劃分為7層,應(yīng)用層Ap

15、plication,表示層Presentation,會(huì)話層session,傳輸層transport,物理層Physical,數(shù)據(jù)鏈路層Data Link,網(wǎng)絡(luò)層Network,7654321,處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)據(jù)表示主機(jī)間通信端到端的連接尋址和最短路徑介質(zhì)訪問（接入）二進(jìn)制傳輸,16,TCP/IP參考模型,OSI/RM太復(fù)雜，不實(shí)用TCP/IP起源于美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究規(guī)劃署(DARPA)的一項(xiàng)研究計(jì)劃——實(shí)現(xiàn)若干臺(tái)

16、主機(jī)之間的相互通信。現(xiàn)在TCP/IP已成為Internet上通信的標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP定義五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用層Application,傳輸層transport,數(shù)據(jù)鏈路層Data Link,網(wǎng)絡(luò)層Network,54321,物理層Physical,17,TCP/IP與OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系,應(yīng)用層,表示層,會(huì)話層,傳輸層,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,7654321,OSI參考模型,應(yīng)用層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)接口

17、(數(shù)據(jù)鏈路層+物理層),網(wǎng)絡(luò)層,TCP/IP概念層次,,,,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,,,18,TCP/IP與應(yīng)用層,應(yīng)用層協(xié)議支持了文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄、網(wǎng)絡(luò)管理、Web瀏覽等應(yīng)用。,應(yīng)用層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,19,,●TCP ●UDP,傳輸層提供了兩種傳輸協(xié)議,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,20,,●IP ●ICMP ●ARP ●RARP,TCP/IP網(wǎng)際層的四個(gè)主要協(xié)議,

18、21,TCP/IP與網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)際層的主要協(xié)議——IP。本層提供無連接的傳輸服務(wù)（不保證送達(dá)，不保序）。本層的主要功能是尋找一條能夠把數(shù)據(jù)報(bào)送到目的地的路徑。網(wǎng)際層的PDU稱為IP數(shù)據(jù)報(bào)； ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和傳遞消息的功能；ARP（Address Resolution Protocol）為已知的IP地址確定相應(yīng)的MAC地址；RARP（Reverse Addres

19、s Resolution Protocol）根據(jù)MAC地址確定相應(yīng)的IP地址。,22,一臺(tái)計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)首先必須打包，打包的過程稱為封裝。 封裝就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部。,發(fā)送郵件的例子：信裝入寫有源地址和目的地址的信封中發(fā)送，還要寫明用航空或掛號(hào)…。,數(shù) 據(jù),,,數(shù)據(jù)封裝,23,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中每一層都要依靠下一層提供的服務(wù)。為了提供服務(wù)，下層把上層的PDU作為本層的數(shù)據(jù)封裝，然后加入本層的頭部（和尾

20、部）。頭部中含有完成數(shù)據(jù)傳輸所需的控制信息。數(shù)據(jù)自上而下遞交的過程實(shí)際上就是不斷封裝的過程。到達(dá)目的地后自下而上遞交的過程就是不斷拆封的過程。由此可知，在物理線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其外面實(shí)際上被包封了多層“信封”。某一層只能識(shí)別由對(duì)等層封裝的“信封”，而對(duì)于被封裝在“信封”內(nèi)部的數(shù)據(jù)僅僅是拆封后將其提交給上層，本層不作任何處理。,數(shù)據(jù)封裝,24,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)包幀比特電脈沖,,,0111010000110000101

21、00101111010110,數(shù)據(jù)多層封裝,,25,TCP頭,應(yīng)用層數(shù)據(jù),應(yīng)用層數(shù)據(jù),TCP頭,應(yīng)用層數(shù)據(jù),IP頭,幀頭,TCP頭,應(yīng)用層數(shù)據(jù),IP頭,幀尾,實(shí)際例子：TCP/IP協(xié)議的封裝,應(yīng)用層,傳輸層,網(wǎng)際層,數(shù)鏈層,,,,,,,,,,,,,,,,,,26,TCP/IP協(xié)議族,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的根本目標(biāo)是隱藏所有底層網(wǎng)絡(luò)硬件的細(xì)節(jié)，同時(shí)提供一般的通信服務(wù)。TCP協(xié)議和IP協(xié)議是最具有代表性，是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵之一。 TCP/IP是“黏

22、合劑”，它實(shí)現(xiàn)了Internet的“一統(tǒng)天下”。事實(shí)上，TCP/IP是一個(gè)協(xié)議族，它是ARP，IP，ICMP，IGMP，UDP，TCP等多個(gè)協(xié)議的集合。,27,IP地址,IP網(wǎng)絡(luò)中每臺(tái)主機(jī)都必須有一個(gè)惟一的IP地址； IP地址是一個(gè)邏輯地址；IP是層次性地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)因特網(wǎng)上的IP地址具有全球唯一性；32位，4個(gè)字節(jié)，常用點(diǎn)分的十進(jìn)制標(biāo)記法：如 00001010 00000010 00000000 00000001 記為

23、 10.2.0.1IP地址劃分為五類：A-E類，常用的為A、B、C類,A類地址：允許27-2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)224-2個(gè)主機(jī)；B類地址：允許214個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)216-2個(gè)主機(jī)；C類地址：允許221個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)28-2個(gè)主機(jī)；,28,IP地址分類,A類 0.0.0.0 ～ 126.255.255.255B類 128.0.0.0 ～ 191.255.255.255C類 192.0.0.0 ～ 223.255

24、.255.255,地址范圍,29,保留的IP地址,,11...11,1111 ... 1111,本機(jī),本網(wǎng)中的主機(jī),局域網(wǎng)中的廣播,對(duì)指定網(wǎng)絡(luò)的廣播,回路,,以下這些IP地址具有特殊的含義:,一般來說，主機(jī)號(hào)部分為全“1 ”的IP地址保留用作廣播地址； 主機(jī)號(hào)部分為全“0 ”的IP地址保留用作網(wǎng)絡(luò)地址。,,0000 ... 0000,網(wǎng)絡(luò)號(hào),,網(wǎng)絡(luò)地址,30,DNS域

25、名系統(tǒng)是一種幫助人們?cè)贗nternet上用名字來唯一標(biāo)識(shí)自己的計(jì)算機(jī)，并保證主機(jī)名和IP地址一一對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。DNS用于在主機(jī)名和IP地址間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。DNS服務(wù)主要基于UDP來實(shí)現(xiàn)，端口號(hào)=53。三個(gè)組成部分：域名空間、名字服務(wù)器、解析程序域名服務(wù)器負(fù)責(zé)管理存放主機(jī)名和IP地址的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，以及域中的主機(jī)名和IP地址映射。域名服務(wù)器是一個(gè)分布式的系統(tǒng)域名空間：分布式的、層次型（分級(jí)）的樹形結(jié)構(gòu)，根沒有名字，頂層域由組織域（如o

26、rg、com、edu）和國(guó)家域（如cn）構(gòu)成。在往下分還可分為若干層子域，如下頁(yè)圖。通常用點(diǎn)來分隔域的層次，如 www.xyz.com,域名服務(wù)DNS,31,根,INT,CN,MIL,NET,COM,JP,…,…,,,,,,,IBM,intel,,,eng,www,,,jack,,edu,net,,,xjtu,,,www,ftp,,,,交大的Web服務(wù)器：WWW.XJTU.EDU.CN,,32,DN

27、S頂級(jí)域名域名 含義 com 商業(yè)組織，比如HP，Sun，IBM公司等edu 教育機(jī)構(gòu)，比如U.C.Berkeley，Stanford Univ

28、ersity，MIT等gov 政府部門，比如 NASA，the National Science Foundationmil 軍隊(duì)組織，比如 the U.S Army 和 Navynet 網(wǎng)絡(luò)組織和ISP等org 非商業(yè)組織arpa 用于返向地址查詢的

29、cn 居于國(guó)家代碼的域名，cn 表示“中國(guó)” 頂級(jí)域名之下是二級(jí)域名。二級(jí)域名通常是由NIC授權(quán)給的其他單位或組織自己管理的。一個(gè)擁有二級(jí)域名的單位可以根據(jù)自己的情況再將二級(jí)域名分為更低級(jí)的域名授權(quán)給單位下面的部門管理。DNS域名樹的最下面的葉節(jié)點(diǎn)為單個(gè)的計(jì)算機(jī)。域名的級(jí)數(shù)通常不多于5個(gè)。在DNS樹中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都用一個(gè)簡(jiǎn)單的字符串（不帶點(diǎn)）標(biāo)識(shí)。這樣，在DNS域

30、名空間的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以用從葉節(jié)點(diǎn)到根的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，中間用點(diǎn)“.”相連接的字符串來標(biāo)識(shí)： 葉節(jié)點(diǎn)名.三級(jí)域名.二級(jí)域名.頂級(jí)域名,33,DNS名字服務(wù)器：存放域樹結(jié)構(gòu)和主機(jī)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。為減小查詢流量負(fù)載，提高可靠性，DNS名字空間被劃分成若干不交叉的區(qū)域（Zone），分別存放在該區(qū)域的DNS服務(wù)器中。 解析程序：從名字服務(wù)器中提取信息把主機(jī)域名翻譯成IP地址。 解析過程為：首先從本地Hosts文件查找。

31、沒找到就向本地DNS名字服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求；若本地DNS服務(wù)器也找不到，它就把請(qǐng)求發(fā)給頂層域名字服務(wù)器，然后由頂層域名字服務(wù)器把請(qǐng)求傳遞給相應(yīng)子域的名字服務(wù)器。最后由該名字服務(wù)器把域名對(duì)應(yīng)的IP地址按相反的路徑傳遞給發(fā)出請(qǐng)求的站點(diǎn)。,34,DNS查詢舉例,主機(jī) ctec.xjtu.edu.cn 要求 www.umass.edu 的IP 地址 1. 聯(lián)系本地域名服務(wù)器, 202.117.0.202.如有必要202.117.0.20 會(huì)

32、聯(lián)系根域名服務(wù)器3.如有必要根域名服務(wù)器會(huì)聯(lián)系授權(quán)域名服務(wù)器, dns.umass.edu,requesting hostctec.xjtu.edu.cn,www.umass.edu,root name server,authorititive name serverdns.umass.edu,,,,,,,1,2,3,4,5,6,35,傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間的關(guān)系,傳輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供了邏輯通信，網(wǎng)絡(luò)層則是為主機(jī)之間提供了邏輯通信

33、 邏輯通信的含義是指：盡管通信實(shí)體之間并沒有物理上直接進(jìn)行連接，但是從實(shí)體上層的角度來看，它們之間就好像具有物理連接一樣可以直接通信,,,36,傳輸層復(fù)用和分用,Internet的傳輸層協(xié)議包括TCP和UDP，它們都借助于端口（port）與上層的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行交互 端口是一個(gè)編號(hào)和與編號(hào)對(duì)應(yīng)的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)用：應(yīng)用層中不同進(jìn)程的報(bào)文通過不同的端口向下交給傳輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)分用：當(dāng)這些報(bào)文被網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)后，目

34、的主機(jī)的傳輸層就使用其分用功能，通過不同的端口將報(bào)文分別交付到相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)程,,,37,端口號(hào),TCP和UDP都用端口(socket)號(hào)把信息傳到上層。端口號(hào)指示了正在使用的上層協(xié)議。,,FTP,SMTP,TFTP,DNS,Telnet,SNMP,21,23,25,53,69,161,,TCP UDP,應(yīng)用層,傳輸層,保留的端口號(hào)：＜255，公共應(yīng)用255-1023

35、，公司＞1023，未規(guī)定,38,兩類服務(wù): 面向連接的和無連接的服務(wù),目的：在主機(jī)系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。TCP – 傳輸控制協(xié)議 [RFC 793]用于因特網(wǎng)的面向連接的服務(wù)傳輸前需建立連接可靠的, 有序的 字節(jié)流傳輸流量控制與擁塞控制UDP – 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 [RFC 768]: 用于因特網(wǎng)的無連接的服務(wù)不可靠的數(shù)據(jù)傳輸無流量控制無擁塞控制,39,使用TCP服務(wù)的應(yīng)用: HTTP (WWW)FTP (file