互联网原理及应用

1、互联网原理及应互联网原理及应用用湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院第一页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网怎样改变我们的生活第二页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院我们生活在一个网络的世界 互联网已深入到我们生活的方方面面，请同学们谈谈互联网是怎样改变了你的生活？第三页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院我们生活在一个网络的世界第四页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网典型应用互联网典型应用v 视频：微信智能生活第五页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网应用关键：

2、互联网应用关键：交互交互v角色 客户端 服务端v客户/服务器模式 请求Request 响应Responsev服务内容： 硬件资源 软件资源 数据客户端客户端服务端服务端第六页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网应用关键：互联网应用关键：交互交互HOW？第七页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网基本原理互联网基本原理1 12 23 3第八页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院PART1:互联网基本概念互联网基本原理第九页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院Tier 1 ISPTier 1 ISPTier

3、1 ISPNAPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier 3ISPlocalISPlocalISPlocalISP场景：百度搜索场景：百度搜索百度服务器H2 主机 H1Request:http:/网络的网络第十页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网与因特网互联网与因特网v互联网 VS 因特网 网络的网络：internet 最大的互联网：Internetv资源共享 硬件 软件 数据网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络路由

4、器路由器第十一页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网结构互联网结构v互联网结构 核心：通讯子网路由器网络的网络 边缘：资源子网计算机手机ipad其他终端第十二页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院中国典型家庭宽带上网设施: q 无线AP(wireless access point)q 宽带猫(ADSL modem)q 以太网(Ethernet):可以增加交换机扩展以太网规模q 路由器(router)网络边缘网络边缘家庭网络家庭网络wireless access pointrouterADSLmodemEthernetInternet(ISP)第十三

5、页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院互联网核心传输模式互联网核心传输模式q信息交互是如何在互联网核心传输的? 电路交换 分组交换第十四页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院H2百度首页从百度服务器通过互联网传送到主机H1 5432154321百度服务器H2 主机 H1 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3 R5 H1 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1路由器为数据包选路，导向传送到主机H1 第十五页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院主

6、机 H1百度服务器 H2路由器 R1路由器 R2IP1IP2局域网1广域网局域网2互联网简化依据：p 路由器主要功能工作在第三层；p 路由器连接不同的网络；p 一个网络中的设备有交换机、集线器、ADSL modem、AP等，它们运行的协议都工作在第一或第二层；p 协议是水平的，第三层设备是看不见下面层次的设备的；p 下图中还减少了路由器，因为它们工作的原理大致相同。互联网简化互联网简化第十六页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院PART2:互联网基本原理第十七页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院IP地址的作用地址的作用v 寄信或包裹 发件人地址信息 收

7、件人地址信息v传送IP数据包 源主机:源IP地址 目的主机 :目的IP地址cc:mailFrom: 44To: 6IP数据包数据IPIP地址是标识互联网中的一台主机或路由器的一个地址是标识互联网中的一台主机或路由器的一个接口，是一个身份标识，具有唯一性。接口，是一个身份标识，具有唯一性。第十八页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院IP地址及网络地址地址及网络地址v现主要使用IPv4地址是32位，IPv6地址是128位。v两级的 IP 地址及对应的网络IP地址可以记为： 网络号（net-id）主机号（host-id）IP地址网络号

8、主机号全为0网络IP地址第十九页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院点分十进制记法点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 bit 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每 8 bit 进行分隔能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性1 128 11 3 31 将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数第二十页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院分类分类IP 地址结构地址结构 net-id24 bithost

9、-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bit0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001第二十一页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院【例例1】已知某计算机的已知某计算机的 IP 地址是地址是 0，试对该，试对该IP地址进行划地址进行划分分,并求该计算机所在的网络地址。并求该计算机所在的网络地址。 (a) 点分十进制表示的点分十进制表示的 IP 地址地址(c) 分级判断及划分分级判断及划分0

10、0 0 0 1 0 1 0145 . 13 . 3 . 10145 . 13 .0 . 00 0 0 0 0 0 1 11 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 10 0 0 0 1 0 1 0(b) IP 地址转化为二进制地址转化为二进制(d) 网络地址（二进制）网络地址（二进制）(e) 网络地址（点分十进制表示）网络地址（点分十进制表示）1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 11 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 10 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0第二十二页，共58页。湖

11、北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院常用的三种类别的常用的三种类别的 IP 地址地址 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254第二十三页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院子网划分子网划分网络号主机号IP地址网络号主机号IP地址子网号二级结构三级结构第二十四页，共58页

12、。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院01014563所有到网络所有到网络 的分组均的分组均到达此路由器到达此路由器我的网络地址我的网络地址是是 R1R3R2网络一个未划分子网的一个未划分子网的 B 类网络类网络第二十五页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院划分为三

13、个子网后对外仍是一个网络划分为三个子网后对外仍是一个网络 01014563子网 子网 子网 所有到达网络所有到达网络 的分组均到达的分组均到达此路由器此路由器网络R1R3R2第二十六页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院子网掩码与网络地址计算子网掩码与网络地址计算网络号

14、 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号net-idhost-id三级 IP 地址主机号subnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-id0 0 0 0 0 0 0 0第二十七页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院【例例2】已知已知 IP 地址是地址是 4，子网掩码是，子网掩码是 ,试试求网络地址。求网络地址。 1 1

15、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0(a) 点分十进制表示的点分十进制表示的 IP 地址地址(c) 子网掩码是子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 00 1 0 0 1 0 0 01 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 0 0 0(b) IP 地址转化为二进制地址转化为二进制(d) 保留子网掩码为保留子网掩码为“1”位对应的位对应的IP地址位，其余为地址位，其余为“0”(e) 网络地址（点分十进制表示）网络地

16、址（点分十进制表示）1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0第二十八页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院net-idnet-idhost-id 为全为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

17、 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0host-id 为全为全 0host-id 为全为全 0IP 地址的默认子网掩码地址的默认子网掩码 第二十九页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院IP5IP4IP3IP6主机 H1百度百度服务器服务器 H H2 2路由器 R1路由器 R2IP1IP2局域网1广域网局域网2n通信的路径：H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2。n路由器中路由表所表达的信息是”要到某个目的网络去应该

18、往哪里转发“；n路由器在收到IP数据报后根据目的IP计算目的网络地址，再查找路由表找到转发端口或目标，然后从相应端口转发IP数据报；互联网互联网IP数据报传送过程数据报传送过程查找路由表查找路由表查找路由表查找路由表 IP1 IP2 IP1 IP2 IP1 IP2H1发给H2的IP数据报第三十页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院接口0主机 H1百度百度服务器服务器 H H2 2路由器 R1路由器 R2IP1IP2网1网2网3路由表路由表R1路由表路由表目的目的网络网络转发转发说明说明网网1 1接口接口0 0直接直接交付交付网网2 2接口接口1 1直接直接交付交付网网3 3

19、路由器路由器R2R2间接间接交付交付接口1接口0接口1R2路由表路由表目的目的网络网络转发转发说明说明网网1 1路由器路由器R1R1间接间接交付交付网网2 2接口接口0 0直接直接交付交付网网3 3接口接口1 1直接直接交付交付第三十一页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院接口0主机 H1百度百度服务器服务器 H H2 2路由器 R1路由器 R2IP1IP2网1网2网3网网 关关接口1接口0接口1n一个边缘网络的IP数据报到其它网络的出入口称为网关；n当主机在发IP数据报之前，先要判断源主机和目的主机的网络地址是否相同；相同，说明它们同属一个网络，直接发给目的主机；不同，说

20、明它们在不同的网络，源主机将IP数据报发给网关。IP数据报是如何传给R1呢？ IP1 IP2第三十二页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院IP地址及网关配置地址及网关配置 第三十三页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院PART3:WEB应用的实现互联网原理及应用第三十四页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院交互主体交互主体v在前面介绍的百度搜索应用中，是主机H1中“谁”发出的请求IP数据报，IP数据报进入百度服务器后交给“谁”处理了呢？v“谁”指的是？ 浏览器（IE、搜狗等）、APP、QQ、服务器处理软件等 软件是以进程的形式存在的

21、软件是静态的，进程是动态的，一个软件可以对应多个进程，也可能一个进程也没有第三十五页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院应用进程之间的通信应用进程之间的通信54321运输层提供应用进程间的逻辑通信54321应用进程应用进程AP1AP2AP4AP3端口端口IP 层IPIP层提供主机之间点到点的通信，层提供主机之间点到点的通信，并不负责进程间的数据交付并不负责进程间的数据交付数据到达主机后，怎样把它们交给各自的进程呢？数据到达主机后，怎样把它们交给各自的进程呢？第三十六页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院端口端口v 端口的作用就是让应用层的各种应用进程端口

22、的作用就是让应用层的各种应用进程 都能将其数据通过端口向下交付给运输层，都能将其数据通过端口向下交付给运输层， 或者让运输层通过端口将收到的数据报交付或者让运输层通过端口将收到的数据报交付 给应用层相应的进程。给应用层相应的进程。从这个意义上讲，端口是用来标识应用层的进程。 端口端口v 端口属于运输层，端口属于运输层，用一用一个个 16 bit 16 bit 端口号进行端口号进行标识标识。第三十七页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院TCP/IP的运输层有两个不同的协议：的运输层有两个不同的协议：(1) 用户数据报协议用户数据报协议 UDP (User Datagram P

23、rotocol)(2) 传输控制协议传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)TCP/IP 体系中的运输层体系中的运输层TCPUDPIP应用层与各种网络接口第三十八页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院主机 H1百度服务器 H2路由器 R1路由器 R2AP1LAN2WANAP2AP3AP4LAN1IP 协议的作用范围运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围运输层协议和网络层协议的作用范围运输层协议和网络层协议的作用范围 第三十九页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院交互的形式化定义交互的形式化定义v 交互需要收

24、发双方应用进程建立数据传输通道，它是数据传送的基础，该通道可以定义为五元组：（源IP，源端口，目的IP，目的端口，TCP/UDP）第四十页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院目的目的IP从何而来从何而来v我们在访问百度网站时，百度服务器的IP地址从何而来呢？ IP地址是数字，难以记忆； 域名是带有含义的字母、数字或单词，便于记忆； 域名-IP地址。第四十一页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院根四级域名mailwwwbjeducomBaidu ibmhp二级域名pku hbut三级域名mailwwwcomnetorgedugovaerocnuk顶级域名因

25、特网的域名空间 域名系统域名系统 DNS (Domain Name System)第四十二页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院根据域名查找目标服务器根据域名查找目标服务器IP 顶级域名服务器“根” 顶级域名服务器 sohueducom因特网 授权域名服务器hbutlibwww本地域名服务器 授权域名服务器 eduhusthbut授权域名服务器 的 IP 地址是什么？ 第四十三页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院DNS服务器设置服务器设置第四十四页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院请求百度什么？请求百度什么？v 当在浏览器中输入百

26、度域名后，向百度服务器发出Request请求，那请求获得的是什么呢？第四十五页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院万维网提供分布式服务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链接到链接到链接到链接到链接到链接到万维网 WWW (World Wide Web)是一个大规模的、联机式的多媒体信息的储藏所。第四十六页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院万维网必须解决的问题万维网必须解决的问题 （1）怎样标识分布在整个因特网上的万维网网页？ v使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Lo

27、cator)来标识万维网上的各种文档。v使每一个网页在整个因特网的范围内具有惟一的标识符 URL。 第四十七页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院万维网必须解决的问题万维网必须解决的问题 （2）用何协议实现万维网上超媒体数据交互？ v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 H T T P (HyperText Transfer Protocol)。vHTTP 是一个应用层协议，它使用 TCP 连接进行可靠的传送，端口号为80 。第四十八页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院使用使用 HTTP 的的 URL http:/:/ 这表示使用 HTTP 协议第四十九页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院使用使用 HTTP 的的 URL http:/:/ 冒号和两个斜线是规定的格式第五十页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院使用使用 HTTP 的的 URL http:/:/ 这里写主机的域名第五十一页，共58页。湖北工业大学计算机学院湖北工业大学计算机学院使用使用 HTTP 的的 URL http:/:/ HTTP 的默