第5章 网络编程技术1_Internet基础.ppt

第5章网络软件开发技术 Internet基础 西安交通大学计算机教学实验中心 软件开发技术基础 本章内容 Internet基础Socket概述面向连接的客户服务器编程无连接的客户服务器编程迭代和并发服务器的设计MFC网络编程 2 3 5 1Internet基础 因特网 4 Internet的组成 成千上万的计算机设备 主机 端系统PC机 服务器移动计算机 PDA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各种各样的网络软件 5 网络结构 网络的边缘 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 6 因特网的边缘 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 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 Windows98用户互相访问 5 1 1网络协议和网络体系结构 本节我们介绍网络尤其是Internet的相关概念 着重对网络协议 IP地址 域名以及TCP和UDP协议进行了讨论 这些是Internet下的网络编程技术的重要理论基础 7 1 网络协议 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一个网络协议主要由三个要素组成 语法语义时序 8 2 网络体系结构 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 它使用不同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 9 10 OSI参考模型 网络体系结构的几个基本概念 对等层实体对等实体协议接口服务 11 12 开放系统互联参考模型 OSI RM OSI RM国际标准的正式文本是ISO7498OSI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DataLink 网络层Network 7654321 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 TCP IP参考模型 OSI RM太复杂 不实用美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 IPTCP IP已成为Internet上通信的标准 TCP IP定义五层协议的体系结构 13 应用层Application 传输层transport 数据链路层DataLink 网络层Network 54321 物理层Physical 14 TCP IP与OSI参考模型的对应关系 应用层 表示层 会话层 传输层 物理层 数据链路层 网络层 7654321 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 15 TCP IP与应用层 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 16 传输层提供了两种传输协议 TCP UDP 物理层 数据链路层 17 TCP IP网际层的四个主要协议 IP ICMP ARP RARP TCP IP的网络层协议 IP IP数据报 ICMP InternetControlMessageProtocol ARP AddressResolutionProtocol RARP ReverseAddressResolutionProtocol 18 数据链路层和物理层 TCP IP没有规定这两层的协议在实际应用中根据主机与网络拓扑结构的不同 局域网主要采用IEEE802系列协议 如802 3以太网协议 802 5令牌环网协议 广域网常采用HDLC 帧中继 X 25 PPP等协议 19 20 3 数据封装 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2 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 21 22 数据多层封装 数据 数据段数据包帧比特电脉冲 011101000011000010100101111010110 23 TCP IP协议的封装过程 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 数据的封装和拆封的过程 24 5 1 2TCP IP地址模式 1 IP地址 25 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00001010000000100000000000000001记为10 2 0 1IP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 26 IP地址分类 A类0 0 0 0 126 255 255 255B类128 0 0 0 191 255 255 255C类192 0 0 0 223 255 255 255 地址范围 27 保留的IP地址 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 IPV4的限制 从理论上讲 IPV4能编址1600万个网络 40亿台主机 但采用A B C三类编址方式后 可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣 以至目前的IP地址近乎枯竭 其中北美占有3 4 约30亿个 而人口最多的亚洲只有不到4亿个 中国只有3千多万个 只相当于美国麻省理工学院的数量 地址不足 严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展 28 IPV6的优势 1 IPv6具有更大的地址空间 IPv4中规定IP地址长度为32 即有2 32 1 符号 表示升幂 下同 个地址 而IPv6中IP地址的长度为128 即有2 128 1个地址 是IPv4的约8 10 28倍 2 IPv6使用更小的路由表 IPv6的地址分配一开始就遵循聚类的原则 这使得路由器能在路由表中用一条记录 Entry 表示一片子网 大大减小了路由器中路由表的长度 提高了路由器转发数据包的速度 29 3 IPv6增加了增强的组播 Multicast 支持以及对流的支持 FlowControl 使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会 为服务质量 QoS 控制提供了良好的网络平台 4 IPv6加入了对自动配置 AutoConfiguration 的支持 这是对DHCP协议的改进和扩展 使得网络 尤其是局域网 的管理更加方便和快捷 5 IPv6具有更高的安全性 在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验 极大的增强了网络的安全性 30 2 域名 DNS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 31 32 域名空间的树型结构 根 INT CN MIL NET COM JP IBM intel eng www jack edu net xjtu www ftp 西安交大的Web服务器 33 名字空间 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 StanfordUniversity MIT等gov政府部门 比如NASA theNationalScienceFoundationmil军队组织 比如theU SArmy和Navynet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 叶节点名 三级域名 二级域名 顶级域名 34 域名解析过程 主机要求www umass edu的IP地址1 联系本地域名服务器 202 117 0 202 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 www umass edu rootnameserver authorititivenameserverdns umass edu 1 2 3 4 5 6 DNS查询举例 5 1 3Internet传输层协议 1 传输层和网络层之间的关系传输层向它上面的应用层提供通信服务 它只存在于通信子网以外的主机中在通信子网中 路由器 没有传输层 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 35 传输层和网络层提供的逻辑通信 36 2 TCP协议 Internet的传输层协议包括两个协议 传输控制协议TCP TransmissionControlProtocol 用户数据报协议UDP UserDatagramProtocol 37 4 端口 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复用分用 38 39 端口号 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 FTP SMTP TFTP DNS Telnet HTTP 21 23 25 53 69 80 TCPUDP 应用层 传输层 255 保留的端口号 255 1023 公共应用 公司 1023 未规定 40 TCP和UDP的应用范围 使用TCP服务的应