物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸基礎(chǔ)-互聯(lián)網(wǎng)

1、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(gè)問題，首先需要認(rèn)識(shí)互聯(lián)網(wǎng)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(shí)別層多樣化的信息獲取方式自動(dòng)識(shí)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(diǎn)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(shí)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)絡(luò)終端網(wǎng)絡(luò)終端：服務(wù)器個(gè)人電腦智能手

2、機(jī)多樣的終端設(shè)備通過不同的接入方式接入方式接入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入方式撥號(hào)上網(wǎng)：撥號(hào)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\(yùn)營(yíng)商提供的電話號(hào)碼撥號(hào)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：目前運(yùn)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(dú)享，與語音服務(wù)獨(dú)立。電力線：電力線：利用電力線進(jìn)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，適用范圍廣，成本低。以太網(wǎng)：以太網(wǎng)：應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)通信技術(shù)，

3、包括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范圍，具有速率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于各類企事業(yè)團(tuán)體，可實(shí)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)？數(shù)據(jù)交換：數(shù)據(jù)交換：將數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说倪^程網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的核心問題：如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸？數(shù)據(jù)交換電路交換電路交換分組交換報(bào)文交換數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)虛電路電路交換電路交換數(shù)據(jù)電路：數(shù)據(jù)電路：circuit特點(diǎn)：特點(diǎn)：即時(shí)通訊，服務(wù)質(zhì)量保障可擴(kuò)展性差，準(zhǔn)備時(shí)

4、間長(zhǎng)分組交換分組交換通訊數(shù)據(jù)單元：通訊數(shù)據(jù)單元：分組特點(diǎn)：特點(diǎn)：資源利用率高，信息傳輸效率高，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(shí)保障的即時(shí)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)用層應(yīng)用層HTTP，F(xiàn)TP，SMTP，DNS協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：報(bào)文傳輸層傳輸層TCP，UDP協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)段網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層IP，ICMP，GMP協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)包鏈路層鏈路層M

5、AC協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：幀物理層物理層數(shù)據(jù)單元：比特6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述6.2 應(yīng)用層應(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(gè)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(kuò)展性差對(duì)等網(wǎng)絡(luò)模式每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端既是資源的使用者也是資源的提供者擴(kuò)展性強(qiáng)，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(gè)重要概念超文本超媒體超文本傳輸協(xié)議（HTTP）Web的特點(diǎn)圖形化界面終端的獨(dú)立性交互性和動(dòng)態(tài)性

6、6.2 應(yīng)用層：Web和HTTP協(xié)議HTTP超文本超媒體HTTP協(xié)議協(xié)議是Web的核心，負(fù)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(yè)客戶端：瀏覽器URL例如http:/，用戶可通過HTTP協(xié)議訪問主機(jī)上的web資源6.2 應(yīng)用層：Web和HTTP協(xié)議域名：域名：Web服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)上的唯一標(biāo)識(shí)（標(biāo)識(shí)作用）用來在網(wǎng)絡(luò)中定位一臺(tái)Web服務(wù)器的標(biāo)識(shí)（定位作用）域名一般具有可以直接理解的語義信息，如http:/cn：服務(wù)器位于中國(guó)edu：服務(wù)器用于教育機(jī)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(shí)，有

7、固定的長(zhǎng)度，域名沒有長(zhǎng)度限制。域名到IP地址的轉(zhuǎn)換：域名系統(tǒng)域名系統(tǒng)6.2 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(tái)根域名服務(wù)器一級(jí)域名服務(wù)器負(fù)責(zé)如.com、.edu、.net的一級(jí)域名負(fù)責(zé)代表國(guó)家地區(qū)的.cn、ca的一級(jí)域名權(quán)威域名服務(wù)器服務(wù)每一個(gè)擁有Web的機(jī)構(gòu)兩種服務(wù)方式自維護(hù)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：交互式域名解析：逐級(jí)詢問當(dāng)用戶向本地DNS服務(wù)器請(qǐng)求解析時(shí)，若本地DNS服務(wù)器已持有所需域名對(duì)應(yīng)IP，則將信息返回給用戶，否則從根服務(wù)器開始

8、一層一層向下詢問，直到獲取域名對(duì)應(yīng)IP并返回給用戶。6.2 應(yīng)用層：域名解析（續(xù)）遞歸式域名解析：遞歸式域名解析：本地DNS服務(wù)器代理每當(dāng)一個(gè)DNS服務(wù)器被查詢一個(gè)域名的IP地址時(shí)，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(jìn)行通信時(shí)的第一個(gè)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：套接字：應(yīng)用程序與傳輸層之間進(jìn)行通信的一道門，使得當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端運(yùn)行多個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序是，不同應(yīng)用

9、程序的收發(fā)信息不會(huì)產(chǎn)生混亂。套接字需要IP地址和端口號(hào)區(qū)別同一終端上正在運(yùn)行的不同應(yīng)用程序。IP地址用于區(qū)別不同終端，端口號(hào)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(jìn)程與進(jìn)程之間的連接（不是終端之間的連接）所需信息所需信息發(fā)送端的IP地址：標(biāo)識(shí)發(fā)起者主機(jī)終端發(fā)送端的端口號(hào)：標(biāo)識(shí)發(fā)起者主機(jī)具體進(jìn)程接收端的IP地址：標(biāo)識(shí)接收者主機(jī)終端接收端的端口號(hào)：標(biāo)識(shí)接收者主機(jī)具體進(jìn)程傳輸層協(xié)議傳輸層協(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：協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datag

10、ram Protocol），為傳輸層提供簡(jiǎn)單的不可靠的信息傳輸服務(wù)。協(xié)議特點(diǎn)協(xié)議特點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊不需要建立連接較小的啟動(dòng)延遲較小的啟動(dòng)延遲數(shù)據(jù)通訊不需要維護(hù)連接狀態(tài)少量的資源消耗少量的資源消耗輕量級(jí)的通訊開銷較短的數(shù)據(jù)包格式較短的數(shù)據(jù)包格式應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)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：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(jī)制實(shí)現(xiàn)的。

11、可靠性傳輸實(shí)現(xiàn)機(jī)制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號(hào)接收反饋可靠性傳輸機(jī)制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號(hào)接收反饋TCP協(xié)議：可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)TCP協(xié)議的可靠性保障機(jī)制示意數(shù)據(jù)分割三次握手三次握手?jǐn)?shù)據(jù)傳輸可靠性傳輸機(jī)制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號(hào)接收反饋TCP協(xié)議的建立：三次握手第一次握手：第一次握手：由請(qǐng)求者發(fā)起，客戶端發(fā)起的第一次握手報(bào)文稱為SYN報(bào)文，其中包含發(fā)起者第一個(gè)真正數(shù)據(jù)報(bào)文的起始編號(hào)。第二次握手：第二次握手：服務(wù)器收到SYN報(bào)文后發(fā)送給客戶端的確認(rèn)信息，稱為SYNACK報(bào)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：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(qǐng)求后，TCP連接成功建立

12、。可靠性傳輸機(jī)制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號(hào)接收反饋TCP協(xié)議的特點(diǎn)面向連接的傳輸：需通信雙方維護(hù)連接的狀態(tài)?？煽啃詡鬏敚捍_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)層網(wǎng)絡(luò)層6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的互聯(lián)互通是通過什么方式實(shí)現(xiàn)的呢？本章內(nèi)容6.4 網(wǎng)絡(luò)層：路由器路由器路由器是網(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(hào)當(dāng)路由器收到一個(gè)數(shù)據(jù)包后會(huì)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

13、對(duì)應(yīng)的端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。目的地址范圍端口號(hào)11011111 00000001 00010001 00000000到11011111 00000001 00010001 09999999 11011111 00000001 00010001 10000000到11011111 00000001 00010001 10000000其他1236.4 網(wǎng)絡(luò)層：IP協(xié)議IPv4協(xié)議協(xié)議32比特地址分配：地址分配：由ICANN總體分配，共5類IPv4地址A類：政府機(jī)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(gè)人D類和E類：特殊用途面臨的問題面臨的問題數(shù)量枯竭問題IPv6IPv6協(xié)議協(xié)議128比特協(xié)議優(yōu)點(diǎn)協(xié)

14、議優(yōu)點(diǎn):巨大的數(shù)量：可以給每一粒沙子分配一個(gè)IP地址包頭格式做了進(jìn)一步改進(jìn)，更簡(jiǎn)潔，更小的通訊延遲安全性的提高面臨的問題面臨的問題與IPv4的兼容問題IPv4如何過渡到IPv6？雙棧技術(shù)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(shí)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)隧道技術(shù)將IPv6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)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

15、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備的特點(diǎn)：下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備的特點(diǎn)：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(qiáng)。使用更方便：與移動(dòng)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(xiàng)目項(xiàng)目項(xiàng)目全稱：Chinas Next Generation Internet，2003年在中國(guó)開展四大突破：世界上第一個(gè)純IPv6局域網(wǎng)IPv6源地址認(rèn)證互聯(lián)新體系自主研發(fā)的IPv4與IPv6的過渡技術(shù)國(guó)產(chǎn)IPv6路由器北京建成國(guó)內(nèi)北京建成國(guó)內(nèi)/國(guó)際互聯(lián)中心國(guó)際互聯(lián)中心CNGI6IX實(shí)現(xiàn)了6個(gè)CNGI主干網(wǎng)絡(luò)的高速互聯(lián)實(shí)現(xiàn)

16、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(dòng)獲取，被動(dòng)告知感知行為的智能化人類對(duì)物理世界的控制能力得到前所未有的加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性互聯(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(shí)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)到物聯(lián)網(wǎng)本章小結(jié)內(nèi)容回顧內(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(diǎn)討論了應(yīng)用層，傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的功能，簡(jiǎn)單介紹了各層典型的協(xié)議和應(yīng)用。重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握熟悉互聯(lián)網(wǎng)中常用的接入方