Internet及其应用技术

1 第八章internet及其应用技术 8 1internet及其在我国的发展8 2域名系统8 3internet接入技术8 4internet的功能与服务 2 a 定义 各种不同类型的网络实体 按照某种技术互相连接而组成的超级计算机网络 人们把这种网络形态叫internet 它是一个专用名词 指当前全球最大的 开放的 由众多网络相互连接而成的特定计算机网络 从网络设计的角度看 它是一个互联网 从通信的角度看 它是一个超级数据通信网 从用户的角度看 它是一个超级资源库 从网络管理的角度看 它是一个不受政府或任何组织控制的包括成千上万组织和网络的集合体 8 1internet及其在我国的发展1 internet知识简介 3 b internet的特点 1 核心协议具有开放性 tcp ip具有连接不同网络的功能 2 便捷性 利用公用电话交换系统为用户提供各种服务 3 internet是用户自己的网络 网上的许多功能和服务都是用户自己开发 经营和管理的 c 推动internet发展的几项主要技术 1 分组交换 用户共享传输路径 采用分割总量 轮流服务的分组交换思想来传输数据 2 tcp ip协议 tcp ip协议是internet的核心 3 客户机 服务器模式 4 d internet的基本结构 分层网络互联群体的结构 5 我国于1994年4月正式加入internet 中国的网络建设进入了大规模的发展阶段 到1996年初 中国的互联网形成四大主流体系 中国教育网 cernet 中国金桥网 chinagbn 中国科技网 cstnet 中国互联网 chinanet 3 我国internet的发展 6 internet的管理组织 在internet中 最权威的管理机构是internet协会 它是一个完全由志愿者组成的组织 目的是推动internet技术发展与促进信息交流 在internet协会中 有一个专门负责协调internet的技术管理与技术发展的分委员会 internet体系结构委员会 iab 在internet体系结构委员会中 设有以下两个具体的部门 internet工程任务组 ietf 与internet研究任务组 irtf 7 我国internet的管理者 1997年6月3日 中国互联网信息中心 cnnic 在北京成立 并开始管理我国的internet主干网 cnnic的主要职责是 为我国的互联网用户提供域名注册 ip地址分配等注册服务 提供网络技术资料 政策与法规 入网方法 用户培训资料等信息服务 提供网络通信目录 主页目录以及各种信息库等目录服务 8 中国互联网络发展状况统计报告 2013 12 中国互联网络信息中心 9 1 域名系统概述 internet上信息的存放 站点 internet的域名系统是为方便解释机器的ip地址而设立的 ip地址域名 代表中国教育网上的河北工业大学站点 域名地址和对应的ip地址相转换的问题 域名信息存放在isp中称为域名服务器 dns 的计算机上 当输入一个域名地址时 域名服务器就会搜索其对应的ip地址 然后访问到该地址所表示的站点 8 2域名系统dns 10 2 因特网的域名结构 因特网采用了层次树状结构的命名方法 任何一个连接在因特网上的主机或路由器 都有一个唯一的层次结构的名字 即域名 域名的结构由若干个分量组成 各分量之间用点隔开 三级域名 二级域名 顶级域名各分量分别代表不同级别的域名 11 顶级域名tld topleveldomain 1 国家顶级域名ntld 如 cn表示中国 us表示美国 uk表示英国 等等 2 国际顶级域名itld 采用 int 国际性的组织可在 int下注册 3 通用顶级域名gtld 最早的顶级域名是 com表示公司企业 net表示网络服务机构 org表示非赢利性组织 edu表示教育机构 美国专用 gov表示政府部门 美国专用 mil表示军事部门 美国专用 12 新增加了七个通用顶级域名 aero用于航空运输企业 biz用于公司和企业 coop用于合作团体 info适用于各种情况 museum用于博物馆 name用于个人 pro用于会计 律师和医师等自由职业者 13 因特网的名字空间 com net org edu gov mil coop biz info aero int cn uk hk js sh bj org net gov edu com ac pku fudan sjtu tsinghua 树根 cctv ibm hp mot 顶级域名 二级域名 三级域名 mail ep 四级域名 mail csnetl seu hebut 14 3 域名系统的基本结构 域名系统由域名解析器和域名服务器两部分组成 域名解析器 处于客户端 其功能是与应用程序连接 负责查询域名服务器 解析从域名服务器返回的应答并把信息传给应用程序 域名服务器 完成从域名到ip的转换 它采用c s的工作模式 一个域名服务器可以管理一个或多个域 通常情况下 一个域有多个域名服务器 有助于提高系统的可靠性和主机之间的通信能力 15 域名系统的工作过程 16 4 中国的域名体系 1 在许多国家的二级域名注册中 也遵守机构性域名和地理性域名注册办法 中国互联网络的二级域名也分为机构性域名 或类别域名 和地理性域名两大类 其中 机构性域名表示各单位的机构 共6个 如下所示 二级域名表示机构ac科研院及科技管理部门gov国家政府部门org各社会团体及民间非盈利组织net互联网络 接入网络德信息和运行中心com工 商和金融等企业edu教育单位 17 中国的域名体系 2 地理性域名使用4个直辖市和各省 自治区的名称缩写表示 共34个 18 居民接入网ran residentialaccessnetwork 居民接入网就是从居民住宅至某个isp之间的一个中间网络 它起到接口作用 目的是使用户能够方便和经济地享用各种宽带多媒体信息 现在居民接入网ran往往是宽带上网的一个瓶颈 居民接入网有多种实现方案 但居民接入网到底应采用何种技术方案 目前既无定论 也无统一的国际标准 8 3internet接入技术 19 1xdsl技术 xdsl技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造 使它能够承载宽带业务 dsl是数字用户线 digitalsubscriberline 的缩写 而字母x表示dsl的前缀可以是多种不同字母 用不同的前缀表示在数字用户线上实现的不同宽带方案 20 xdsl的几种类型 adsl asymmetricdigitalsubscriberline 非对称数字用户线hdsl highspeeddsl 高速数字用户线sdsl single linedsl 1对线的数字用户线vdsl veryhighspeeddsl 甚高速数字用户线dsl isdn用户线 radsl rate adaptivedsl 速率自适应dsl 是adsl的一个子集 可自动调节线路速率 21 adsl调制解调器的频谱利用的划分 频谱 频率 khz 下行 上行 传统电话 6 3mb s 1 5mb s 0 4 20 50 500 1100 140 150 22 adsl的组成 atu c atu c atu r atu c 用户线 电话分路器 区域宽带网 至isp 居民家庭 基于adsl的接入网 端局或远端站 dslam 至本地电话局 ps ps 数字用户线接入复用器dslam dslaccessmultiplexer 接入端接单元atu accessterminationunit atu c c代表端局centraloffice atu r r代表远端remote 电话分路器ps potssplitter 23 2光纤同轴混合网hfc hybridfibercoax hfc网是在目前覆盖面很广的有线电视网catv communityantennatelevision 的基础上开发的一种居民宽带接入网 hfc网除可传送catv外 还提供电话 数据和其他宽带交互型业务 现有的catv网是树形拓扑结构的同轴电缆网络 它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输 而hfc网则需要对catv网进行改造 24 hfc的主要特点 1 hfc网的主干线路采用光纤hfc网将原catv网中的同轴电缆主干部分改换为光纤 并使用模拟光纤技术 在模拟光纤中采用光的振幅调制am 这比使用数字光纤更为经济 模拟光纤从头端连接到光纤结点 fibernode 即光分配结点odn opticaldistributionnode 在光纤结点光信号被转换为电信号 在光纤结点以下就是同轴电缆 25 2 hfc网采用结点体系结构 同轴电缆 头端 模拟光纤 放大器 引入线 分路器 光纤结点 服务区 服务区 服务区 26 3 hfc网具有比catv网更宽的频谱 且具有双向传输功能 下行信道 上行信道 540505507501000 原有模拟电视 数字信号 频率 mhz 保留 27 4 每个家庭要安装一个用户接口盒 用户接口盒uib userinterfacebox 要提供三种连接 即 使用同轴电缆连接到机顶盒 set topbox 然后再连接到用户的电视机 使用双绞线连接到用户的电话机 使用电缆调制解调器连接到用户的计算机 28 电缆调制解调器 cablemodem 电缆调制解调器是为hfc网而使用的调制解调器 电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高 其下行速率一般在3 10mb s之间 最高可达30mb s 而上行速率一般为0 2 2mb s 最高可达10mb s 电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多 并且不是成对使用 而是只安装在用户端 29 hfc网的最大优点 具有很宽的频带 并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网 要将现有的450mhz单向传输的有线电视网络改造为750mhz双向传输的hfc网 还要将所有的用户服务区互连起来而不是一个个hfc网的孤岛 也需要相当的资金和时间 在电信政策方面也有一些需要协调解决的问题 30 3fttx技术 fttx 光纤到 也是一种实现宽带居民接入网的方案 这里字母x可代表不同意思 光纤到家ftth fibertothehome 光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法 光纤到大楼fttb fibertothebuilding 光纤进入大楼后就转换为电信号 然后用电缆或双绞线分配到各用户 光纤到路边fttc fibertothecurb 从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体 31 4以太网接入 以太网已成功地把速率提高到1 10gb s 所覆盖的地理范围也扩展到了城域网和广域网 因此现在人们正在尝试使用以太网进行宽带接入 以太网接入的重要特点是它可提供双向的宽带通信 并且可根据用户对带宽的需求灵活地进行带宽升级 采用以太网接入可实现端到端的以太网传输 中间不需要再进行帧格式的转换 这就提高了数据的传输效率和降低了传输的成本 32 以太网接入举例 光纤到大楼fttb 100m 10m 10m 100m 吉比特以太网 光结点汇接点 1gb s 1gb s 高速光结点汇接点gigapop 33 8 4internet的功能与服务 8 4 1电子邮件e mail8 4 2万维网www8 4 3文件传输协议ftp8 4 4远程终端协议telnet8 4 5internet的其他功能 34 8 4 1电子邮件 电子邮件 e mail 是因特网上使用得最多的和最受用户欢迎的一种应用 电子邮件把邮件发送到isp的邮件服务器 并放在其中的收信人邮箱中 收信人可随时上网到isp的邮件服务器进行读取 电子邮件不仅使用方便 而且还具有传递迅速和费用低廉的优点 现在电子邮件不仅可传送文字信息 而且还可附上声音和图像 35 电子邮件的一些标准 在1982年制定出简单邮件传送协议smtp simplemailtransferprotocol 和因特网文本报文格式 它们都已成为因特网的正式标准 1993年提出了通用因特网邮件扩充mime multipurposeinternetmailextensions mime在其邮件首部中说明了邮件的数据类型 如文本 声音 图像 视像等 在mime邮件中可同时传送多种类型的数据 36 电子邮件的最主要的组成构件 发送方 邮件缓存 接收端邮件服务器 用户代理 smtp smtp pop3 发送端邮件服务器 用户代理 用户邮箱 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 smtp smtp pop3 发送邮件 发送邮件 发送邮件 发送邮件 读取邮件 读取邮件 tcp连接 tcp连接 tcp连接 因特网 37 邮件服务器 邮件服务器的功能是发送和接收邮件 同时还要向发信人报告邮件传送的情况 已交付 被拒绝 丢失等 邮件服务器按照客户服务器方式工作 邮件服务器需要使用两个不同的协议 smtp协议用于发送邮件 邮局协议pop postofficeprotocol 用于接收邮件 38 用户代理ua useragent 用户代理ua就是用户与电子邮件系统的接口 用户代理的功能是 撰写 显示和处理 常用的ua有 outlookexpressfoxmailmicrosoftofficeoutlook 39 电子邮件的发送和接收过程 发送方 邮件缓存 接收端邮件服务器 用户代理 发送端邮件服务器 用户代理 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 因特网 1 发信人调用用户代理来编辑要发送的邮件 用户代理用smtp把邮件传送给发送端邮件服务器 40 电子邮件的发送和接收过程 发送方 接收端邮件服务器 用户代理 smtp 发送端邮件服务器 用户代理 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 smtp 发送邮件 发送邮件 tcp连接 因特网 2 发送端邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中 等待发送 41 电子邮件的发送和接收过程 发送方 邮件缓存 接收端邮件服务器 用户代理 smtp 发送端邮件服务器 用户代理 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 smtp 发送邮件 发送邮件 tcp连接 因特网 3 运行在发送端邮件服务器的smtp客户进程 发现在邮件缓存中有待发送的邮件 就向运行在接收端邮件服务器的smtp服务器进程发起tcp连接的建立 42 电子邮件的发送和接收过程 发送方 邮件缓存 接收端邮件服务器 用户代理 smtp 发送端邮件服务器 用户代理 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 smtp 发送邮件 发送邮件 tcp连接 因特网 4 tcp连接建立后 smtp客户进程开始向远程的smtp服务器进程发送邮件 当所有的待发送邮件发完了 smtp就关闭所建立的tcp连接 43 电子邮件的发送和接收过程 发送方 邮件缓存 接收端邮件服务器 用户代理 smtp 发送端邮件服务器 用户代理 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 smtp 发送邮件 发送邮件 tcp连接 因特网 5 运行在接收端邮件服务器中的smtp服务器进程收到邮件后 将邮件放入收信人的用户邮箱中 等待收信人在方便时进行读取 44 电子邮件的发送和接收过程 发送方 邮件缓存 接收端邮件服务器 用户代理 smtp 发送端邮件服务器 用户代理 接收方 用户代理 用户代理 邮件服务器 邮件服务器 smtp 发送邮件 发送邮件 tcp连接 因特网 6 收信人在打算收信时 调用用户代理 使用pop3 或imap 协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中的取回 如果邮箱中有来信的话 45 电子邮件地址的格式 tcp ip体系的电子邮件系统规定电子邮件地址的格式如下 收信人邮箱名 邮箱所在主机的域名符号 读作 at 表示 在 的意思 例如 电子邮件地址lixgeng 46 简单邮件传送协议smtp smtp所规定的就是在两个相互通信的smtp进程之间应如何交换信息 由于smtp使用客户服务器方式 因此负责发送邮件的smtp进程就是smtp客户 而负责接收邮件的smtp进程就是smtp服务器 smtp规定了14条命令和21种应答信息 47 smtp通信的三个阶段 1 连接建立 连接是在发送主机的smtp客户和接收主机的smtp服务器之间建立的 smtp不使用中间的邮件服务器 2 邮件传送3 连接释放 邮件发送完毕后 smtp应释放tcp连接 48 电子邮件的信息格式 一个电子邮件分为信封和内容两大部分 协议只规定了邮件内容中的首部 header 格式 而对邮件的主体 body 部分则让用户自由撰写 用户写好首部后 邮件系统将自动地将信封所需的信息提取出来并写在信封上 所以用户不需要填写电子邮件信封上的信息 邮件内容首部包括一些关键字 后面加上冒号 最重要的关键字是 to和subject 49 邮件内容的首部 to 后面填入一个或多个收信人的电子邮件地址 用户只需打开地址簿 点击收信人名字 收信人的电子邮件地址就会自动地填入到合适的位置上 subject 是邮件的主题 它反映了邮件的主要内容 便于用户查找邮件 抄送 cc 表示应给某某人发送一个邮件副本 from 和 date 表示发信人的电子邮件地址和发信日期 reply to 是对方回信所用的地址 50 邮件读取协议pop3和imap 邮局协议pop是一个非常简单 但功能有限的邮件读取协议 现在使用的是它的第三个版本pop3 pop也使用客户服务器的工作方式 在接收邮件的用户pc机中必须运行pop客户程序 而在用户所连接的isp的邮件服务器中则运行pop服务器程序 51 因特网报文存取协议 imap internetmessageaccessprotocol imap也是按客户服务器方式工作 现在较新的版本是imap4 用户在自己的pc机上就可以操纵isp的邮件服务器的邮箱 就像在本地操纵一样 因此imap是一个联机协议 当用户pc机上的imap客户程序打开imap服务器的邮箱时 用户就可看到邮件的首部 若用户需要打开某个邮件 则该邮件才传到用户的计算机上 52 imap的特点 imap最大的好处就是用户可以在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读和处理自己的邮件 imap还允许收信人只读取邮件中的某一个部分 例如 收到了一个带有视像附件 此文件可能很大 的邮件 为了节省时间 可以先下载邮件的正文部分 待以后有时间再读取或下载这个很长的附件 imap的缺点是如果用户没有将邮件复制到自己的pc机上 则邮件一直是存放在imap服务器上 因此用户需要经常与imap服务器建立连接 53 必须注意 不要将邮件读取协议pop或imap与邮件传送协议smtp弄混 发信人的用户代理向源邮件服务器发送邮件 以及源邮件服务器向目的邮件服务器发送邮件 都是使用smtp协议 而pop协议或imap协议则是用户从目的邮件服务器上读取邮件所使用的协议 54 8 4 2万维网www 万维网www worldwideweb 并非某种特殊的计算机网络 万维网是一个大规模的 联机式的信息储藏所 万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点 从而主动地按需获取丰富的信息 这种访问方式称为 链接 1 www概述 55 万维网提供分布式服务 万维网站点a 万维网站点c 万维网站点e 万维网站点d 万维网站点b 56 超媒体与超文本 万维网是分布式超媒体 hypermedia 系统 它是超文本 hypertext 系统的扩充 一个超文本由多个信息源链接成 利用一个链接可使用户找到另一个文档 这些文档可以位于世界上任何一个接在因特网上的超文本系统中 超文本是万维网的基础 超媒体与超文本的区别是文档内容不同 超文本文档仅包含文本信息 而超媒体文档还包含其他表示方式的信息 如图形 图像 声音 动画 甚至活动视频图像 57 万维网的工作方式 万维网以客户服务器方式工作 浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序 万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序 因此这个计算机也称为万维网服务器 客户程序向服务器程序发出请求 服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档 在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面 page 58 万维网必须解决的问题 1 怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档 使用统一资源定位符url uniformresourcelocator 来标志万维网上的各种文档 使每一个文档在整个因特网的范围内具有唯一的标识符url 59 万维网必须解决的问题 2 用何协议实现万维网上各种超链的链接 在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进行交互所使用的协议 是超文本传送协议http hypertexttransferprotocol http是一个应用层协议 它使用tcp连接进行可靠的传送 60 万维网必须解决的问题 3 怎样使各种万维网文档都能在因特网上的各种计算机上显示出来 同时使用户清楚地知道在什么地方存在着超链 超文本标记语言html hypertextmarkuplanguage 使得万维网页面的设计者可以很方便地用一个超链从本页面的某处链接到因特网上的任何一个万维网页面 并且能够在自己的计算机屏幕上将这些页面显示出来 61 万维网必须解决的问题 4 怎样使用户能够很方便地找到所需的信息 为了在万维网上方便地查找信息 用户可使用各种的搜索工具 即搜索引擎 62 2 统一资源定位符url 统一资源定位符url是对可以从因特网上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁的表示 url给资源的位置提供一种抽象的识别方法 并用这种方法给资源定位 只要能够对资源定位 系统就可以对资源进行各种操作 如存取 更新 替换和查找其属性 url相当于一个文件名在网络范围的扩展 因此url是与因特网相连的机器上的任何可访问对象的一个指针 1 url的格式 63 url的一般形式 由以冒号隔开的两大部分组成 并且在url中的字符对大写或小写没有要求 url的一般形式是 64 url的一般形式 由以冒号隔开的两大部分组成 并且在url中的字符对大写或小写没有要求 url的一般形式是 8 2 65 url的一般形式 由以冒号隔开的两大部分组成 并且在url中的字符对大写或小写没有要求 url的一般形式是 66 2 使用ftp的url 使用ftp的url举例ftp rtfm mit edu pub abc txt 67 使用ftp的url 使用ftp的url举例ftp rtfm mit edu pub abc txt 68 使用ftp的url 使用ftp的url举例ftp rtfm mit edu pub abc txt 69 使用ftp的url 使用ftp的url举例ftp rtfm mit edu pub abc txt 这是路径和文件名 70 3 使用http的url 使用http的url的一般形式http 71 使用http的url 使用http的url的一般形式http 冒号和两个斜线是规定的格式 72 使用http的url 使用http的url的一般形式http 这里写主机的域名 73 使用http的url 使用http的url的一般形式http http的默认端口号是80 通常可省略 74 使用http的url 使用http的url的一般形式http 若再省略文件的项 则url就指到因特网上的某个主页 homepage 75 3 超文本传送协议http 1 http的操作过程 为了使超文本的链接能够高效率地完成 需要用http协议来传送一切必须的信息 从层次的角度看 http是面向事务的 transaction oriented 应用层协议 它是万维网上能够可靠地交换文件 包括文本 声音 图像等各种多媒体文件 的重要基础 76 万维网的工作过程 因特网 服务器 链接到url的超链 http使用此tcp连接 浏览器程序 服务器程序 http 客户 清华大学院系设置 77 万维网高速缓存 webcache 万维网高速缓存代表浏览器发出http请求 因此又称为代理服务器 proxyserver 万维网高速缓存将最近的一些请求和响应暂存在本地磁盘中 当与暂时存放的请求相同的新请求到达时 万维网高速缓存就把暂存的响应发送出去 而不需要按url的地址再去因特网访问该资源 78 8 4 3文件传输协议ftp ftp的基本工作原理 网络环境中的一项基本应用就是将文件从一台计算机中复制到另一台可能相距很远的计算机中 初看起来 在两个主机之间传送文件是很简单的事情 其实这往往非常困难 原因是众多的计算机厂商研制出的文件系统多达数百种 且差别很大 79 文件传输的工作原理 80 ftp服务器ftp是将各种类型的文件放在ftp服务器中 ftp服务器是安装有ftp服务器程序的文件服务器 用户通过安装一个客户端ftp服务程序来实现对ftp服务器的访问 匿名服务器ftp登录都有一个登录的过程 要求输入用户在该主机上的账号和密码 为了方便用户使用 大部分主机提供了一种匿名的 anonymous ftp的服务 但是 该账号仅仅能使用该服务器上很少一部分权限的资源 连接ftp服务器 使用浏览器的ftp功能ftp 使用ftp客户端的程序 使用 运行 中的ftp命令 81 ftp的特点 文件传送协议ftp只提供文件传送的一些基本的服务 它使用tcp可靠的运输服务 ftp的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性 ftp使用客户服务器方式 一个ftp服务器进程可同时为多个客户进程提供服务 ftp的服务器进程由两大部分组成 一个主进程 负责接受新的请求 另外有若干个从属进程 负责处理单个请求 82 两个连接 控制连接在整个会话期间一直保持打开 ftp客户发出的传送请求通过控制连接发送给服务器端的控制进程 但控制连接不用来传送文件 实际用于传输文件的是 数据连接 服务器端的控制进程在接收到ftp客户发送来的文件传输请求后就创建 数据传送进程 和 数据连接 用来连接客户端和服务器端的数据传送进程 数据传送进程实际完成文件的传送 在传送完毕后关闭 数据传送连接 并