第十二章 网络编程.ppt

第十二章网络编程 计算机网络概述 计算机作为信息处理的工具 已经渗透到的社会生活的各个方面 一方面要利用计算机进行信息的保存 处理 另一方面 相互之间还需要进行信息交流 共享各种资源 包括软件资源和硬件资源 资源共享与信息交流的需要促进了网络的出现和发展 现在 计算机网络已经成为社会生活中一种不可缺少的信息处理和通信工具 成为社会生活的重要组成分 计算机网络的基本功能是数据通信和资源共享 定义 计算机网络是相互连接的独立自主的计算机的集合 最简单的网络形式由两台计算机组成 如下图 计算机及其外设 如打印机等通过传输介质互连起来 不仅可以完成本地的功能 相互之间可以共享资源并进行通信 什么是计算机网络 什么是局域网 定义 局域网 LocalNetwork 是将小区域内计算机及其各种通信设备互连在一起的通信网络局域网的数据传输速率 10Mbps 100Mbps 甚至1Gbps 局域网的传输距离 一般为0 1 25公里决定局域网特性的主要技术 传输介质 拓扑结构 介质访问控制方法 园区网 城域网和广域网 局域网的不足 范围是有限的 不能满足某些大型跨地区的计算机通信和数据共享的需要 园区网 城域网和广域网 把地理位置分散的若干局域网互连起来形成的规模更大的计算机网络系统 园区网 一般是一个学校范围内的计算机网络系统城域网 一般是一个城市范围内的计算机网络广域网 是在很大的距离 一般是在几百公里 几千公里甚至全球 范围内 连接处在不同地区的局域网之间的通信网络 广域网的建立可以通过租用公共通信线路来实现 如电话线路 卫星通信线路 分组无线网等 广域网的传输速度 带宽有限 传输速度很慢 通常只用于数据通信 发送简短报文 如电子邮件 WWW浏览等 应用最广的广域网 因特网 Internet 全球信息高速公路的中枢神经 150个国家 2亿用户 应用 发送电子邮件 传输文件 多媒体信息浏览 各种讨论组 运行异地计算机上的程序等 网络体系结构 网络体系结构发展的背景 网络的状况多种通信媒介 有线 无线 不同种类的设备 通用 专用 不同的操作系统 Unix Windows 不同的应用环境 固定 移动 不同种类业务 分时 交互 实时 宝贵的投资和积累 有形 无形 用户业务的延续性 不允许出现大的跌宕起伏它们互相交织 形成了非常复杂的系统应用环境 网络异质性问题的解决 网络体系结构就是使这些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的一种粘合剂 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 就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样 1 网络应该具有哪些层次 每一层的功能是什么 分层与功能 2 各层之间的关系是怎样的 它们如何进行交互 服务与接口 3 通信双方的数据传输要遵循哪些规则 协议 层次结构方法要解决的问题 层次结构方法包括三个内容 分层及每层功能 服务与层间接口 协议 什么是通讯协议 通信协议又称通信规程 是指通信双方对数据传送控制的一种约定 约定中包括对数据格式 同步方式 传送速度 传送步骤 检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定 通信双方必须共同遵守 例如 TCP IP协议 层次结构方法的优点 把网络操作分成复杂性较低的单元 结构清晰 易于实现和维护 定义并提供了具有兼容性的标准接口 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块独立性强 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务 黑箱方法 适应性强 只要服务和接口不变 层内实现方法可任意改变 一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络 因此每个区域的网络可单独升级或改造 开放系统互联参考模型 OSI OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层 对等层通信实质 每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信 上层使用下层提供的服务 下层向上层提供服务 以不同国籍的人进行信息交流为例 见下页图 对等层通信示例 中德教师之间的对话 问题 中国教师与德国教师之间 翻译之间 他们是在直接通信吗 翻译 秘书各向谁提供什么样的服务 中德教师 翻译各使用谁提供的什么服务 TCP IP模型 TCP IP起源于美国国防部高级研究规划署 DARPA 的一项研究计划 实现若干台主机的相互通信 现在TCP IP已成为Internet上通信的标准 TCP IP模型包括4个概念层次 应用层 application 传输层 transport 网络层 internet 网络接口 networkinterface TCP IP与OSI参考模型的对应关系 7654321 OSI参考模型 TCP IP概念层次 TCP IP与传输层 传输层的两项主要功能 流量控制 可靠传输 传输层提供了TCP和UDP两种传输协议 TCP协议是一种面向连接的 可靠的 端到端的字节流通讯协议 UDP协议是一种面向无连接的 不可靠的协议 为应用程序提供了一种发送封装的原始IP数据的方法 TCP段格式 端口号 TCP和UDP都用端口 socket 号把信息传到上层 FTP SMTP TFTP DNS Telnet SNMP 21 23 25 53 69 161 TCPUDP 应用层 传输层 TCP连接的建立 三次握手 合并 序号用于跟踪通信顺序 确保多个包传输时无数据丢失 通信双方在建立连接时必须互相交换各自的初始序号 UDP段格式 UDP不用确认 可靠性由应用层协议保证 使用UDP的协议包括 TFTP SNMP NFS DNS等 源端口 目的端口 长度 校验和 16b 16b 16b 16b 数据 TCP IP与网络层 网络层的主要协议 IP协议 本层提供无连接的传输服务 不保证送达 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 IP数据报 版本号 报头长度 服务类型 数据报长度 DF MF 段偏移 标识 生存时间TTL 协议 报头校验和 源IP地址 目的IP地址 选项和填充 最大为40字节 数据区 IP地址 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 与MAC地址比较一下 因特网上的IP地址具有全球唯一性 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 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 Socket socket通常也称作 套接字 用于描述IP地址和端口 应用程序通常通过 套接字 向网络发出请求或者应答网络请求 J包中定义了两个类Socket和ServerSocket 分别用来实现双向连接的client和server端 建立连接时需要IP和端口 TCP连接 示