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1、第6章 互聯(lián)網(wǎng),內(nèi)容提要,網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？為了解決這個問題，首先需要認識互聯(lián)網(wǎng)。 本章將介紹互聯(lián)網(wǎng)的基本概念及體系結(jié)構(gòu)。,第2-5章介紹了感知識別層多樣化的信息獲取方式 自動識別技術(shù)與RFID 傳感器技術(shù) 定位系統(tǒng) 智能信息設(shè)備 本章重點介紹互聯(lián)網(wǎng)的組成元素，接入方式，網(wǎng)絡(luò)核心等基本概念，并著重介紹互聯(lián)網(wǎng)分層體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層。,內(nèi)容回顧,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述 6.2 應(yīng)用層 6.3 傳輸層 6.4 網(wǎng)絡(luò)層 6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng)有哪些基本組件，通過什么方式實現(xiàn)互聯(lián)互通的呢？,本章內(nèi)容,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述：“網(wǎng)絡(luò)”構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)
2、絡(luò)終端： 服務(wù)器 個人電腦 智能手機 多樣的終端設(shè)備通過不同的接入方式接入互聯(lián)網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)接入方式,撥號上網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)普及初期最常用的有線接入方式，通過調(diào)制解調(diào)器（Modem）利用當(dāng)?shù)剡\營商提供的電話號碼撥號接入互聯(lián)網(wǎng)，是一種低速接入，最高數(shù)據(jù)傳輸速率56kbps。 DSL：(Digital Subcriber Line)目前運用最廣泛的有線接入方式，基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)。上傳速率峰值：1Mbps （通常小于1Mbps），下載速率峰值：8Mbps （通常小于2Mbps），速率穩(wěn)定，帶寬獨享，與語音服務(wù)獨立。 電力線：利用電力線進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦陀芯€接入方式，最高速率14Mbps，結(jié)構(gòu)靈活
3、，適用范圍廣，成本低。,以太網(wǎng)：應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)通信技術(shù)，包括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范圍，具有速率高，抗干擾能力強的特點，適用于各類企事業(yè)團體，可實現(xiàn)各類高速互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，但一次性布線成本較高。 Wi-Fi：最常見的無線接入方式，是一種短距離傳輸技術(shù)，適用于辦公室及家庭環(huán)境，有11Mbps，54Mbps，300Mbps等速率范圍。,網(wǎng)絡(luò)接入方式（續(xù)）,網(wǎng)絡(luò)核心：互聯(lián)網(wǎng)如何提供通信服務(wù)？,不可靠 TCP彌補,長途電話,IP電話,電路交換 數(shù)據(jù)電路：circuit 特點：即時通訊，服務(wù)質(zhì)量保障 可擴展性差，準(zhǔn)備時間長 分組交換 通訊數(shù)據(jù)單元：分組 特點：資源利用率高，信息
4、傳輸效率高，服務(wù)質(zhì)量無保障 多數(shù)情況下物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)不必苛求具有延時保障的即時通信能力，因此，高效且低成本的分組交換將成為物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)交換的首選方式。,電路交換VS分組交換,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其分層結(jié)構(gòu),為何需要分層結(jié)構(gòu)？ 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 網(wǎng)絡(luò)功能 互聯(lián)網(wǎng)一般可劃分為5層 應(yīng)用層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層 物理層,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其分層結(jié)構(gòu),應(yīng)用層 HTTP，F(xiàn)TP，SMTP，DNS協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：報文 傳輸層 TCP，UDP協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)段 網(wǎng)絡(luò)層 IP，ICMP，GMP協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)包 鏈路層 MAC協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：幀 物理層 數(shù)據(jù)單元：比特,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述
5、 6.2 應(yīng)用層 6.3 傳輸層 6.4 網(wǎng)絡(luò)層 6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用層是用戶接觸最多的一個網(wǎng)絡(luò)分層，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層有哪些關(guān)鍵應(yīng)用？,本章內(nèi)容,應(yīng)用程序構(gòu)架 客戶端服務(wù)器模式 服務(wù)器直接向所有用戶提供服務(wù) 成本高，可擴展性差 對等網(wǎng)絡(luò)模式 每一個網(wǎng)絡(luò)終端既是資源的使用者也是資源的提供者 擴展性強，資源利用率高 管理困難，服務(wù)不穩(wěn)定,6.2 應(yīng)用層：應(yīng)用程序構(gòu)架,應(yīng)用層描述業(yè)務(wù)邏輯，包括應(yīng)用流程、程序狀態(tài)、數(shù)據(jù)內(nèi)容和形式,Web包含的三個重要概念 超文本 超媒體 超文本傳輸協(xié)議（HTTP） Web的特點 圖形化界面 終端的獨立性 交互性和動態(tài)性,6.2 應(yīng)用層：Web和HTTP協(xié)議,HT
6、TP協(xié)議是Web的核心，負責(zé)Web服務(wù)器和客戶端應(yīng)用層之間的通信。定義了服務(wù)器和用戶之間通信的次序以及數(shù)據(jù)格式。 服務(wù)器端：網(wǎng)頁 客戶端：瀏覽器 URL 例如，用戶可通過HTTP協(xié)議訪問主機上的web資源,6.2 應(yīng)用層：Web和HTTP協(xié)議,域名： Web服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)上的唯一標(biāo)識（標(biāo)識作用） 用來在網(wǎng)絡(luò)中定位一臺Web服務(wù)器的標(biāo)識（定位作用） 域名一般具有可以直接理解的語義信息，如 cn：服務(wù)器位于中國 edu：服務(wù)器用于教育機構(gòu) tsinghua：該web服務(wù)器為清華大學(xué)所有 域名與IP地址： IP是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部使用的標(biāo)識，有固定的長度，域名沒有長度限制。 域名到IP地址的轉(zhuǎn)換：域名系統(tǒng),6
7、.2 應(yīng)用層：域名系統(tǒng),,分層組織的DNS（域名系統(tǒng)）服務(wù)結(jié)構(gòu) 根域名系統(tǒng)服務(wù)器 13臺根域名服務(wù)器 一級域名服務(wù)器 負責(zé)如.com、.edu、.net的一級域名 負責(zé)代表國家地區(qū)的.cn、ca的一級域名 權(quán)威域名服務(wù)器 服務(wù)每一個擁有Web的機構(gòu) 兩種服務(wù)方式 自維護權(quán)威域名服務(wù)器 第三方權(quán)威域名服務(wù)器 域名服務(wù)器共同協(xié)作完成域名解析,6.2 應(yīng)用層：域名系統(tǒng)（續(xù)）,6.2 應(yīng)用層：域名解析,交互式域名解析：逐級詢問 當(dāng)用戶向本地DNS服務(wù)器請求解析時，若本地DNS服務(wù)器已持有所需域名對應(yīng)IP，則將信息返回給用戶，否則從根服務(wù)器開始一層一層向下詢問，直到獲取域名對應(yīng)IP并返回給用戶。,6.2
8、 應(yīng)用層：域名解析（續(xù)）,遞歸式域名解析：本地DNS服務(wù)器代理 每當(dāng)一個DNS服務(wù)器被查詢一個域名的IP地址時，如果該服務(wù)器沒有記錄，則該服務(wù)器親自代表詢問者去獲取該域名的IP地址，直到得到該信息。,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述 6.2 應(yīng)用層 6.3 傳輸層 6.4 網(wǎng)絡(luò)層 6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng) 傳輸層是網(wǎng)絡(luò)終端經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)進行通信時的第一個端到端的層次。傳輸層為應(yīng)用層程序或協(xié)議建立起虛擬的端到端傳輸通路。,本章內(nèi)容,6.3 傳輸層：套接字,套接字：應(yīng)用程序與傳輸層之間進行通信的一道門，使得當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)終端運行多個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序是，不同應(yīng)用程序的收發(fā)信息不會產(chǎn)生混亂。,套接字需要IP地址和端口號區(qū)別同一終
9、端上正在運行的不同應(yīng)用程序。 IP地址用于區(qū)別不同終端，端口號用于區(qū)別同一終端上的不同應(yīng)用程序。,如何在傳輸層上建立端到端的邏輯連接？,傳輸層上端到端的連接是進程與進程之間的連接（不是終端之間的連接） 所需信息 發(fā)送端的IP地址：標(biāo)識發(fā)起者主機終端 發(fā)送端的端口號：標(biāo)識發(fā)起者主機具體進程 接收端的IP地址：標(biāo)識接收者主機終端 接收端的端口號：標(biāo)識接收者主機具體進程 傳輸層協(xié)議 UDP協(xié)議：提供沒有可靠性保證的數(shù)據(jù)傳遞 TCP協(xié)議：提供有可到性保障的數(shù)據(jù)傳遞,6.3 傳輸層：UDP協(xié)議,UDP協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol），為傳輸層提供簡單的不可靠的信息傳輸
10、服務(wù)。 協(xié)議特點 數(shù)據(jù)通訊不需要建立連接較小的啟動延遲 數(shù)據(jù)通訊不需要維護連接狀態(tài)少量的資源消耗 輕量級的通訊開銷較短的數(shù)據(jù)包格式 應(yīng)用場合 網(wǎng)絡(luò)電話，網(wǎng)絡(luò)視頻等數(shù)據(jù)包延遲造成的危害通常大于數(shù)據(jù)包丟失的危害的應(yīng)用,6.3 傳輸層：TCP協(xié)議,TCP協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol），為上層應(yīng)用提供可靠的、基于字節(jié)流的傳輸服務(wù)。,由于TCP協(xié)議所基于的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（IP協(xié)議）不提供可靠傳輸保障，傳輸?shù)目煽啃酝耆怯蒚CP所包含的各種機制實現(xiàn)的。 可靠性傳輸實現(xiàn)機制 數(shù)據(jù)分割 數(shù)據(jù)編號 接收反饋,可靠性傳輸機制 數(shù)據(jù)分割 數(shù)據(jù)編號 接收反饋,TCP協(xié)議：
11、可靠傳輸?shù)膶崿F(xiàn),TCP協(xié)議的可靠性保障機制示意 數(shù)據(jù)分割 三次握手 數(shù)據(jù)傳輸,可靠性傳輸機制 數(shù)據(jù)分割 數(shù)據(jù)編號 接收反饋,TCP協(xié)議的建立：三次握手,第一次握手： 由請求者發(fā)起，客戶端發(fā)起的第一次握手報文稱為SYN報文，其中包含發(fā)起者第一個真正數(shù)據(jù)報文的起始編號。 第二次握手： 服務(wù)器收到SYN報文后發(fā)送給客戶端的確認信息，稱為SYNACK報文，完成第二次握手后，服務(wù)器分配網(wǎng)絡(luò)資源和帶寬。 第三次握手： 由客戶端發(fā)送，包含客戶端想從服務(wù)器獲取的數(shù)據(jù)資源，服務(wù)器收請求后，TCP連接成功建立。,可靠性傳輸機制 數(shù)據(jù)分割 數(shù)據(jù)編號 接收反饋,TCP協(xié)議的特點,面向連接的傳輸：需通信雙方維護連接的狀
12、態(tài)。 可靠性傳輸：確保傳輸不出現(xiàn)丟失和亂序。 流控制：匹配發(fā)送端和接收端的速率。 擁塞控制：避免網(wǎng)絡(luò)過于擁擠，考慮了不同通信方之間的公平性。,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述 6.2 應(yīng)用層 6.3 傳輸層 6.4 網(wǎng)絡(luò)層 6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng) 進行數(shù)據(jù)通信時，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的互聯(lián)互通是通過什么方式實現(xiàn)的呢？,本章內(nèi)容,6.4 網(wǎng)絡(luò)層：路由器,路由器 是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的橋梁 路由器通過路由算法選擇數(shù)據(jù)傳輸路徑 路由表：IP地址，端口號 當(dāng)路由器收到一個數(shù)據(jù)包后會查看該數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層包頭中接收終端的IP地址，根據(jù)路由表中的信息將該數(shù)據(jù)包通過對應(yīng)的端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。,6.4 網(wǎng)絡(luò)層：IP協(xié)議,IPv4協(xié)議 32比特 地
13、址分配： 由ICANN總體分配，共5類IPv4地址 A類：政府機構(gòu) B類：中等規(guī)模的公司和企業(yè) C類：小型的組織和個人 D類和E類：特殊用途 面臨的問題 數(shù)量枯竭問題IPv6,IPv6協(xié)議 128比特 協(xié)議優(yōu)點: 巨大的數(shù)量：可以給每一粒沙子分配一個IP地址 包頭格式做了進一步改進，更簡潔，更小的通訊延遲 安全性的提高 面臨的問題 與IPv4的兼容問題,IPv4如何過渡到IPv6？,雙棧技術(shù) 在IPv6設(shè)備中加入IPv4協(xié)議棧使得設(shè)備同時支持兩種協(xié)議。 存在的問題：若通信過程中將IPv6數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成IPv4數(shù)據(jù)包，則無法還原最初的IPv6數(shù)據(jù)包。,IPv4如何過渡到IPv6？,隧道技術(shù) 將IP
14、v6數(shù)據(jù)包打包為IPv4數(shù)據(jù)包 構(gòu)建傳輸隧道 IPv6數(shù)據(jù)包可以還原,6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述 6.2 應(yīng)用層 6.3 傳輸層 6.4 網(wǎng)絡(luò)層 6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？,本章內(nèi)容,下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備的特點： 規(guī)模更大：IPv6逐步取代IPv4，連接更多的終端和用戶。 速度更快：目標(biāo)至少100Mbps。 安全性更高：網(wǎng)絡(luò)安全可控性，可管理性增強。 使用更方便：與移動通信技術(shù)無縫配合，用戶不再受地理位置限制。,6.5 下一代互聯(lián)網(wǎng)探索,CNGI項目 項目全稱：Chinas Next Generation Internet，2003年在中國開展 四大突破： 世界上第一個純IPv6
15、局域網(wǎng) IPv6源地址認證互聯(lián)新體系 自主研發(fā)的IPv4與IPv6的過渡技術(shù) 國產(chǎn)IPv6路由器 北京建成國內(nèi)/國際互聯(lián)中心CNGI6IX 實現(xiàn)了6個CNGI主干網(wǎng)絡(luò)的高速互聯(lián) 實現(xiàn)了與北美，歐洲，大洋洲等地區(qū)的下一代互聯(lián)網(wǎng)高速互聯(lián),6.5 下一代互聯(lián)網(wǎng)探索,互聯(lián)網(wǎng)的延伸 終端多元化 擺脫“人在上網(wǎng)”的束縛 網(wǎng)絡(luò)世界和物理世界更加緊密的聯(lián)系 信息獲取方式的多樣化 主動獲取，被動告知 感知行為的智能化 人類對物理世界的控制能力得到前所未有的加強 互聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性 物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的延伸和拓展，互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物（人）與物（人）之間更加全面的互聯(lián)互通的最重要和最主要的途徑。,6.5 從互聯(lián)網(wǎng)
16、到物聯(lián)網(wǎng),本章小結(jié),內(nèi)容回顧 本章介紹了互聯(lián)網(wǎng)的基本組件和體系結(jié)構(gòu)，重點討論了應(yīng)用層，傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的功能，簡單介紹了各層典型的協(xié)議和應(yīng)用。 重點掌握 熟悉互聯(lián)網(wǎng)中常用的接入方式。 重點理解電路交換與分組交換的原理和特點。 牢記互聯(lián)網(wǎng)的5層結(jié)構(gòu)，包括每層中涉及的關(guān)鍵協(xié)議。 了解應(yīng)用程序構(gòu)架：客戶端服務(wù)器和對等網(wǎng)絡(luò)模式。,本章小結(jié),重點掌握（續(xù)） 理解Web和HTTP協(xié)議，重點學(xué)習(xí)域名系統(tǒng)，DNS的分層組織結(jié)構(gòu)和域名解析方法。 掌握套接字的概念和功能原理并理解UDP協(xié)議的特點，重點學(xué)習(xí)TCP協(xié)議的原理和特點，以及與UDP的區(qū)別。 理解路由器的作用和工作原理，掌握IPv4協(xié)議的結(jié)構(gòu)和分類，重點學(xué)習(xí)IPv6協(xié)議，包括結(jié)構(gòu)以及與IPv4的兼容技術(shù)。 掌握物聯(lián)網(wǎng)中互聯(lián)網(wǎng)的角色以及作用。,Thank you!,
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