大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 課件 8.1 Internet 基礎(chǔ)知識(shí)

8.1

Internet基礎(chǔ)知識(shí)《大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》18.1.1Internet產(chǎn)生與發(fā)展CONTENTS目錄8.1.2TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生8.1.3TCP/IP協(xié)議概述8.1.4TCP/IP協(xié)議中的操作系統(tǒng)邊界和地址邊界8.1.5TCP/IP協(xié)議的工作原理28.1.1Internet產(chǎn)生與發(fā)展

阿帕網(wǎng)：ARPA于1968年6月提出的“資源共享的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”研究計(jì)劃。該計(jì)劃的最初目標(biāo)是讓的所有電腦都能互聯(lián)起來(lái)，使大家可以共享研究成果，由于當(dāng)時(shí)該研究項(xiàng)目是在ARPA的組織下進(jìn)行的，人們就把這個(gè)網(wǎng)絡(luò)叫做“ARPANET”，在國(guó)內(nèi)有些資料音譯為“阿帕網(wǎng)”，這個(gè)網(wǎng)就是現(xiàn)在Internet最早的雛形。阿帕網(wǎng)應(yīng)用：在1969年，ARPANET上連接了4個(gè)實(shí)驗(yàn)性的結(jié)點(diǎn)，它們是和ARPA有大量科研合同的加州大學(xué)洛杉磯分校、斯坦福研究院、加州大學(xué)圣大比分校和猶他大學(xué)。NSFNET：由于ARPANET在通信方面取得了很大的成功，此后，連接在ARPANET上的結(jié)點(diǎn)不斷增加，但連入的結(jié)點(diǎn)都是和ARPA有研究合同的機(jī)構(gòu)。直到1986年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NSF建立了用來(lái)連接它的6個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)中心的快速主干網(wǎng)NSFNET后，把由NSF資助的一些地區(qū)性網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)NSFNET相連，才使數(shù)以千計(jì)的大學(xué)、研究院、圖書(shū)館等普通用戶可以相互連接并且進(jìn)行通信。38.1.1Internet產(chǎn)生與發(fā)展

NSFNET發(fā)展，奠定了Internet的基礎(chǔ)。后來(lái)，很多國(guó)家相繼建立了本國(guó)的主干網(wǎng)并接入Internet，形成了真正意義上的“全球互聯(lián)網(wǎng)”。1992年NSF宣布不再給NSFNET運(yùn)行、維護(hù)提供經(jīng)費(fèi)支持，由MIC、Sprint等公司運(yùn)行維護(hù)，這樣商業(yè)用戶和普通家庭就可以接入Internet，標(biāo)志著Internet大發(fā)展時(shí)期。48.1.2TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生

ARPANET組成：由專門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ抛泳W(wǎng)和由用戶主機(jī)組成的資源子網(wǎng)組成，通信子網(wǎng)由通信介質(zhì)和用來(lái)進(jìn)行通信處理的結(jié)點(diǎn)信息處理機(jī)IMP（InterfaceMessageProcessor）組成。58.1.2TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生

ARPANET在工作過(guò)程中，要解決的主要問(wèn)題是用來(lái)連接主機(jī)（Host）的結(jié)點(diǎn)信息處理機(jī)IMP在相互通信過(guò)程中，什么時(shí)候應(yīng)該接收信號(hào)，什么時(shí)候應(yīng)該結(jié)束通信，以及如何識(shí)別通信的源端傳輸?shù)母鞣N符號(hào)的含義等問(wèn)題。ARPANET使用的是網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol），NCP是一臺(tái)主機(jī)直接對(duì)另一臺(tái)主機(jī)的通信協(xié)議，它不能使不同類型的電腦和不同類型的操作系統(tǒng)連接起來(lái)。讓操作系統(tǒng)不同的電腦，按照共同的工作方式和共同的標(biāo)準(zhǔn)連接起來(lái)成了ARPANET要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。這就需要人們?cè)O(shè)計(jì)出一種新的協(xié)議，1974年12月人們?cè)O(shè)計(jì)了TCP/IP協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）。68.1.2TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生

TCP協(xié)議是用來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸中的差錯(cuò)，當(dāng)檢測(cè)到傳輸中有差錯(cuò)時(shí)，它就能發(fā)出重發(fā)信號(hào)，源端收到該信號(hào)后就重新傳輸發(fā)生差錯(cuò)的信包，通過(guò)這種差錯(cuò)重傳機(jī)制保證數(shù)據(jù)能夠正確傳輸?shù)侥康牡亍P協(xié)議專門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，為了實(shí)現(xiàn)不同類型的局域網(wǎng)可以互聯(lián)，它在各種局域網(wǎng)地址標(biāo)準(zhǔn)之上，為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)設(shè)定了統(tǒng)一的身份標(biāo)識(shí)，即互聯(lián)網(wǎng)地址（IP地址），以保證不同網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)（當(dāng)然也可以是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)）只要接入互聯(lián)網(wǎng)，它們之間就可以相互識(shí)別，以進(jìn)行通信。到1983年的1月1日，ARPANET才完全停止了NCP協(xié)議的使用，從此互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)都使用TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議成了Internet中的“世界語(yǔ)”。78.1.3TCP/IP協(xié)議概述

1.

TCP/IP協(xié)議的四個(gè)層次TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)分為四層，這四層由高到低分別是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層，這四層層次明確，功能分明，相互協(xié)同工作，因此也稱為協(xié)議棧，如表8-1所示。其中每一層完成不同的通信功能，具體各層的功能和各層所包含的協(xié)議說(shuō)明如下：88.1.3TCP/IP協(xié)議概述

2.

TCP/IP協(xié)議各層的功能（1）鏈路層(LinkLayer)鏈路層在TCP/IP協(xié)議棧的最低層，也稱為數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。鏈路層的功能是把接收到的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)（也稱IP數(shù)據(jù)報(bào)）通過(guò)該層的物理接口發(fā)送到傳輸介質(zhì)上，或從物理網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)幀，抽出IP數(shù)據(jù)，交給網(wǎng)絡(luò)層（IP層）。TCP/IP協(xié)議棧并沒(méi)有具體定義鏈路層，只要是在其上能進(jìn)行IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砭W(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等），都可以當(dāng)成TCP/IP協(xié)議棧的鏈路層。這樣做的好處是TCP/IP協(xié)議可以使不同類型的物理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以說(shuō)，TCP/IP協(xié)議支持多種不同的鏈路層協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)了不同物理網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。98.1.3TCP/IP協(xié)議概述

（2）網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)網(wǎng)絡(luò)層也稱作互聯(lián)網(wǎng)層，因該層的主要協(xié)議是IP協(xié)議，也可簡(jiǎn)稱為IP層。它是TCP/IP協(xié)議棧中最重要的一層，主要功能是可以把源主機(jī)上的信息發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中的任何一臺(tái)目標(biāo)主機(jī)上。由于在源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間，可能有多條通路相連，網(wǎng)絡(luò)層就要在這些通路中做出選擇，即進(jìn)行路由選擇。在TCP/IP協(xié)議族中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議），ICMP協(xié)議（Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議），以及IGMP協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）等。108.1.3

TCP/IP協(xié)議概述

（3）傳輸層(TransportLayer)傳輸層包含兩個(gè)不同的傳輸協(xié)議：一個(gè)是TCP（傳輸控制協(xié)議）；另一個(gè)是UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。TCP為兩臺(tái)主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它對(duì)應(yīng)用程序送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可以進(jìn)行分片，以合適網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸；當(dāng)接收到網(wǎng)絡(luò)層傳來(lái)的信息時(shí)，對(duì)收到的信息要進(jìn)行確認(rèn)；還要對(duì)丟失的信息設(shè)置超時(shí)重發(fā)等，由于TCP提供了高可靠性的端到端通信。UDP則為應(yīng)用層提供一種非常簡(jiǎn)單的服務(wù)，它只是把數(shù)據(jù)從一臺(tái)主機(jī)發(fā)送到另一臺(tái)主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)能正確到達(dá)目標(biāo)端，通信的可靠性必須由應(yīng)用程序來(lái)保障。用戶在開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況，選用TCP還是UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。118.1.3TCP/IP協(xié)議概述

（4）應(yīng)用層(ApplicationLayer)應(yīng)用層向使用網(wǎng)絡(luò)的用戶提供特定的、常用的應(yīng)用程序。如有遠(yuǎn)程登錄（Telnet）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、域名系統(tǒng)（DNS）和簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）等。有些應(yīng)用層協(xié)議是基于TCP協(xié)議的（如FTP和HTTP等），有些應(yīng)用層協(xié)議是基于UDP協(xié)議的（如SNMP等）。盡管應(yīng)用層提供了較多的應(yīng)用程序，但這些程序只能滿足普通用戶在一般情況下使用網(wǎng)絡(luò)的需求，如果用戶要在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行一些特殊的應(yīng)用，如一個(gè)公司內(nèi)部使用的郵件系統(tǒng)等，應(yīng)用層并沒(méi)有提供這樣的程序，這就要由網(wǎng)絡(luò)用戶根據(jù)自己的實(shí)際需要，開(kāi)發(fā)所需的應(yīng)用程序。128.1.4

TCP/IP協(xié)議中的操作系統(tǒng)邊界和地址邊界

TCP/IP協(xié)議分為四層結(jié)構(gòu)，這四層結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)重要的邊界：一個(gè)是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序分開(kāi)的邊界；另一個(gè)是將高層互聯(lián)網(wǎng)地址與低層物理網(wǎng)卡地址分開(kāi)的邊界，如圖8-2所示。138.1.5TCP/IP協(xié)議的工作原理

下面以一個(gè)具體的小互聯(lián)網(wǎng)為例，說(shuō)明TCP/IP協(xié)議的工作原理。下圖是一個(gè)以太網(wǎng)（是一種總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）和一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)通過(guò)路由器互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，左邊的以太網(wǎng)有三臺(tái)編號(hào)分別為A、B和C的主機(jī)，右邊的令牌環(huán)網(wǎng)有兩臺(tái)編號(hào)為1和2的主機(jī)，假設(shè)以太網(wǎng)中的主機(jī)A要與令牌環(huán)網(wǎng)中的主機(jī)1使用文件傳輸協(xié)議FTP完成一次文件傳輸過(guò)程，主機(jī)A中的FTP客戶程序就要向主機(jī)1中的FTP服務(wù)器程序提出請(qǐng)求，由此開(kāi)始了在TCP/IP協(xié)議控制下的主機(jī)A與主機(jī)1之間的通信過(guò)程。148.1.5TCP/IP協(xié)議的工作原理

1.

TCP/IP協(xié)議通信模型可以把主機(jī)A和主機(jī)1通過(guò)路由器進(jìn)行通信的過(guò)程抽象成如圖所示的TCP/IP協(xié)議通信模型，這個(gè)模型盡管是由主機(jī)A和主機(jī)1通信分析而來(lái)的，但該模型是一個(gè)一般的模型，也適合于網(wǎng)絡(luò)中其它主機(jī)之間的通信描述。158.1.5TCP/IP協(xié)議的工作原理

2.

數(shù)據(jù)的封裝與傳遞過(guò)程當(dāng)主機(jī)A的FTP客戶程序向主機(jī)1的FTP服務(wù)器程序提出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，可以把由用戶輸入的FTP命令和參數(shù)看成是要由主機(jī)A傳到主機(jī)1的“數(shù)據(jù)包”，該數(shù)據(jù)包由圖所示的兩部分組成：168.1.5TCP/IP協(xié)議的工作原理

數(shù)據(jù)包的頭部是FTP命令，數(shù)據(jù)部分是FTP命令的參數(shù)。虛通信：模型中有一條由主機(jī)A的客戶FTP程序到主機(jī)1的FTP服務(wù)器程序的雙向線來(lái)指示它們的通信過(guò)程，畫(huà)成了虛線，原因是它們之間的通信是一個(gè)對(duì)等層之間進(jìn)行的“虛通信”，顧名思義，它們之間不能直接進(jìn)行通信，實(shí)際的通信過(guò)程是應(yīng)用層把圖示的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)絋CP層，因此應(yīng)用層與TCP層之間畫(huà)的是雙向?qū)嵕€。實(shí)通信：實(shí)際的通信是TCP層把加了TCP報(bào)文頭的報(bào)文送到IP