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1、1,第5章 网络软件开发技术 概念篇,西安交通大学 计算机教学实验中心,软件开发技术基础,2,因特网？ 因特网是在TCP/IP协议基础上建立的国际互联网。它是“计算机网络的网络”，即将全世界不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机网络互联在一起，形成一个世界范围的信息网络。,5.1 Internet基础,3,成千上万个互相连接起来的计算机设备: 主机，端系统 PC机, 服务器 移动计算机, PDA 各种各样的网络软件 通信链路 光纤, 铜线, 无线电, 卫星 路由器：在网络上传递(转发)数据分组 协议：控制信息的发送接收 如TCP,IP,HTTP, FTP, PPP,Interne
2、t的组成,4,因特网: “由成千上万个网络连接起来的网络”-网络的网络 松散的层次结构 公用的因特网与私有的内联网 因特网的标准 RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force 中国协议分析网 http:/ 主机（端系统） 网络的核心: 路由器 由网络构成的网络 访问网络的物理介质: 通信链路,主机,主机,主机,主机,主机,路由器,通信链路,网络结构,6,端系统 (主机): 在“网络的边界” 运行网络应用程序，如 WWW, email等 客户/服务器模型 客户发出请求, 接收服务器的服务 例如, WWW客户(浏览器
3、)/ 服务器; email客户/服务器 peer-peer模型: 主机之间的交互完全对称 例如: Windows 98用户互相访问,因特网的边缘,7,协议,为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议 网络协议是网络通信的语言， 是通信的规则和约定。 规定了通信双方互相交换数据或者控制信息的格式、所应给出的响应和所完成的动作以及它们之间的时序关系。 一个网络协议主要由三个要素组成： 语法：数据与控制信息的结构或格式 语义：控制信息的含义，需要做出的动作及响应 时序：规定了操作的执行顺序,8,问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信? 网络体系结构定义了一个框架，它使这些用不同
4、媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求，它营造了一种“生存空间”任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。 网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法。把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。,网络体系结构,9,OSI参考模型,10,网络体系结构的几个基本概念,实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 对等层：两个不同系统的同名层次。 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。 协议是对等实体之间互相交流所使用的语言。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间
5、的 操作及下层对上层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻上层。,11,OSI/RM国际标准的正式文本是ISO 7498 OSI体系结构将网络的不同功能划分为7层,应用层Application,表示层Presentation,会话层session,传输层transport,物理层Physical,数据链路层Data Link,网络层Network,7 6 5 4 3 2 1,处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输,开放系统互联参考模型（OSI/RM）,12,TCP/IP参考模型,OSI/RM太复杂，不实用 美
6、国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机之间的相互通信TCP/IP于 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。 TCP/IP定义五层协议的体系结构,应用层Application,传输层transport,数据链路层Data Link,网络层Network,5 4 3 2 1,物理层Physical,13,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,7 6 5 4 3 2 1,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口 (数据链路层 +物理层),网络层,TCP/IP概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,TCP/IP与O
7、SI参考模型的对应关系,14,应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,应用层,传输层,网络层,物理层,数据链路层,TCP/IP与应用层,15,TCP UDP,物理层,数据链路层,传输层提供了两种传输协议,16,IP ICMP ARP RARP,TCP/IP网际层的四个主要协议,17,IP：本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。 网际层的PDU称为IP数据报； ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息的功能； ARP（Address Reso
8、lution Protocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址； RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据MAC地址确定相应的IP地址。,TCP/IP的网络层协议,18,一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。,发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号。,数 据,数据封装,19,网络体系结构中每一层都要依靠下一层提供的服务。为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控
9、制信息。 数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。 某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。,数据封装2,20,数据,数据 段 数据包 帧 比特 电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,21,TCP头,应用层数据,应用层数据,TCP头,应用层数据,IP头,帧头,TCP头,应用层数据,IP头,帧尾,应用层,传输层,网际层,数链层,TCP/IP协议的
10、封装过程,22,IP网络中每台主机都必须有一个惟一的IP地址； IP地址是一个逻辑地址； IP是层次性地址：网络号+主机号 因特网上的IP地址具有全球唯一性； 32位，4个字节，常用点分的十进制标记法： 如 00001010 00000010 00000000 00000001 记为 10.2.0.1 IP地址划分为五类：A-E类，常用的为A、B、C类,A类地址：允许27-2个网络，每个网络224-2个主机； B类地址：允许214个网络，每个网络216-2个主机； C类地址：允许221个网络，每个网络28-2个主机；,三、TCP/IP地址模式-IP,23,A类 0.0.0.0 126.255.
11、255.255 B类 128.0.0.0 191.255.255.255 C类 192.0.0.0 223.255.255.255,地址范围,IP地址分类,24,11.11,1111 . 1111,本机,本网中的主机,局域网中的广播,对指定网络的广播,回路,一般来说，主机号部分为全“1 ”的IP地址保留用作广播地址； 主机号部分为全“0 ”的IP地址保留用作网络地址。,0000 . 0000,网络号,网络地址,保留的IP地址,25,DNS域名系统是一种帮助人们在Internet上用名字来唯一标识自己的计算机，并保证主机名和IP地址一一对应的网络服务。DNS用于在主机名和IP地址间进行转换。 D
12、NS服务主要基于UDP来实现，端口号=53。 三个组成部分：域名空间、名字服务器、解析程序 域名空间：分布式的、层次型（分级）的树形结构，根没有名字，顶层域由组织域（如org、com、edu）和国家域（如cn）构成。在往下分还可分为若干层子域，如下页图。通常用点来分隔域的层次，如 域名服务器负责管理存放主机名和IP地址的数据库文件，以及域中的主机名和IP地址映射。域名服务器是一个分布式的系统 解析程序：从名字服务器中提取信息把主机域名翻译成IP地址。,三、TCP/IP地址模式-域名,26,根,INT,CN,MIL,NET,COM,JP,IBM,intel,eng,www,jack,edu,n
13、et,xjtu,www,ftp,交大的Web服务器：WWW.XJTU.EDU.CN,域名空间的树型结构,27,DNS顶级域名 域名 含义 com 商业组织，比如HP，Sun，IBM公司等 edu 教育机构，比如U.C.Berkeley，Stanford University，MIT等 gov 政府部门，比如 NASA，the National Science Foundation mil 军队组织，比如 the U.S Army 和 Navy net 网络组织和ISP等 org 非商业组织 arpa 用于返向地址查询的 cn 居于国家代码的域名，cn 表示“中国” 顶级域名之下是二级域名。二级
14、域名通常是由NIC授权给的其他单位或组织自己管理 的。一个拥有二级域名的单位可以根据自己的情况再将二级域名分为更低级的域名授权给 单位下面的部门管理。 DNS域名树的最下面的叶节点为单个的计算机。域名的级数通常不多于5个。 在DNS树中，每一个节点都用一个简单的字符串（不带点）标识。这样，在DNS域名空间的任何一台计算机都可以用从叶节点到根的节点标识，中间用点“.”相连接的字符串来标识： 叶节点名.三级域名.二级域名.顶级域名,名字空间,28,解析过程为： 首先从本地Hosts文件查找。 没找到就向本地DNS名字服务器发出请求； 若本地DNS服务器也找不到，它就把请求发给顶层域名字服务器，然后
15、由顶层域名字服务器把请求传递给相应子域的名字服务器。 最后由该名字服务器把域名对应的IP地址按相反的路径传递给发出请求的站点。,域名的解析过程,29,主机 要求 www.umass.edu 的IP 地址 1. 联系本地域名服务器, 202.117.0.20 2.如有必要202.117.0.20 会联系根域名服务器 3.如有必要根域名服务器会联系授权域名服务器, dns.umass.edu,requesting host ,www.umass.edu,root name server,authorititive name server dns.umass.edu,1,2,3,4,5,6,DNS
16、查询举例,30,四、Internet传输层协议,传输层为应用进程之间提供了逻辑通信，网络层则是为主机之间提供了逻辑通信 逻辑通信的含义是指：尽管通信实体之间并没有物理上直接进行连接，但是从实体上层的角度来看，它们之间就好像具有物理连接一样可以直接通信,31,传输层复用和分用,Internet的传输层协议包括TCP和UDP，它们都借助于端口（port）与上层的应用进程进行交互 端口是一个编号和与编号对应的软件数据结构 复用：应用层中不同进程的报文通过不同的端口向下交给传输层，再往下就共用网络层提供的服务 分用：当这些报文被网络传输到目的主机后，目的主机的传输层就使用其分用功能，通过不同的端口将报
17、文分别交付到相应的应用进程,32,TCP和UDP都用端口(socket)号把信息传到上层。 端口号指示了正在使用的上层协议。,F T P,S M T P,T F T P,D N S,T e l n e t,S N M P,21,23,25,53,69,161,TCP UDP,应用层,传输层,保留的端口号： 255，公共应用 255-1023，公司 1023，未规定,端口号,33,目的：在主机系统之间传输数据。 TCP 传输控制协议 RFC 793 用于因特网的面向连接的服务 传输前需建立连接 可靠的, 有序的 字节流传输 流量控制与拥塞控制 UDP 用户数据报协议 RFC 768: 用于因特网
18、的无连接的服务 不可靠的数据传输 无流量控制 无拥塞控制,面向连接的和无连接的服务,34,使用TCP服务的应用: HTTP (WWW) FTP (file transfer) Telnet (remote login) SMTP (email) 使用UDP服务的应用: 流媒体, 电信会议, 因特网电话,TCP和UDP的应用范围,35,五、客户/服务器计算模型,一个应用被分成两部分： 客户客户指向服务器发送请求并从服务器接收响应结果的任何软件程序。 和用户直接交互，向用户显示信息以及从用户收集信息； 服务器服务器的概念是指任何运行在联网的计算机上并提供某种服务的软件程序。 负责存储、提取和处理数据，执行客户请求的各项任务。 服务器通过网络接收请求，然后为该请求执行相应的处理，最后将处理结果通过网络返回给请求的客户。 应用案例： 万维网（Web）、电子邮件（Email）、文件传输（FTP）、远程登录（Telnet）、新闻组,36,37,38,39,40,