《物联网导论》第6章-互联网v11

1、第6章互联网内容提要要网络是物物联网最最重要的的基础设设施之一一。物联联网是下下一代互互联网吗吗？为了了解决这这个问题题，首先先需要认认识互联网。本章将介介绍互联联网的基基本概念念及体系系结构。第2-5章介绍了了感知识识别层多多样化的的信息获获取方式式自动识别别技术与与RFID传感器技技术定位系统统智能信息息设备本章重点点介绍互互联网的的组成元素素，接入方式式，网络核心心等基本概概念，并并着重介介绍互联联网分层层体系结结构中的的应用层，传输层，网络层。内容回顾顾6.1互联网概概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网网到物联联网互联网有有哪些基基本组件件，通过过什么方方式实现现互联

2、互互通的呢呢？本章内容容6.1互联网概概述：“网络”构成的的网络网络终端端：服务器个人电脑脑智能手机机多样的终终端设备备通过不不同的接入方式式接入互联联网网络接入入方式拨号上网网：互联网普普及初期期最常用用的有线接入方式式，通过过调制解调调器（Modem）利用当当地运营营商提供供的电话话号码拨拨号接入入互联网网，是一一种低速接入，最最高数据据传输速速率56kbps。DSL：目前运用用最广泛泛的有线接入方式式，基于于普通电电话线的的宽带接入技术术。上传传速率峰峰值：1Mbps（通常小小于1Mbps），下载载速率峰峰值：8Mbps（通常小小于2Mbps），速率率稳定，带宽独独享，与与语音服服务独立

3、立。电力线：利用电力力线进行行网络数数据传输输的新型型有线接入方式式，最高高速率14Mbps，结构灵灵活，适适用范围围广，成成本低。以太网：应用最广广泛的局域网通信技术术，包括括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范范围，具具有速率高，抗干扰能能力强的特点，适用于于各类企企事业团团体，可可实现各各类高速速互联网网应用，但一次次性布线线成本较高高。Wi-Fi：最常见的的无线接入方式式，是一一种短距离传输技术术，适用用于办公公室及家家庭环境境，有11Mbps，54Mbps，300Mbps等速率范范围。网络接入入方式（续）网络核心心：互联联网如何何提供通通信服务务？数据交换：将数据从发送

4、端传输到接收端的过程网络设计中的核心问题：如何进行数据传输？数据交换电路交换分组交换报文交换数据报虚电路电路交换换数据电路路：circuit特点：即时通讯讯，服务务质量保保障可扩展性性差，准准备时间间长分组交换换通讯数据据单元：分组特点：资源利用用率高，信息传传输效率率高，服服务质量量无保障障多数情况况下物联网的服务不必苛求求具有延延时保障障的即时时通信能能力，因此，高效且且低成本本的分组组交换将将成为物物联网中中数据交交换的首首选方式式。电路交换换VS分组交换换6.1互联网概概述：网网络协议议及其分分层结构构为何需要要分层结结构？网络规模模网络功能能互联网一一般可划划分为5层应用层传输层网络

5、层链路层物理层6.1互联网概概述：网网络协议议及其分分层结构构应用层HTTP，FTP，SMTP，DNS协议；数数据单元元：报文文传输层TCP，UDP协议；数数据单元元：数据据段网络层IP，ICMP，GMP协议；数数据单元元：数据据包链路层MAC协议；数数据单元元：帧物理层数据单元元：比特特6.1互联网概概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网网到物联联网应用层是是用户接接触最多多的一个个网络分分层，互互联网应应用层有有哪些关关键应用用？本章内容容应用程序序构架客户端服务器器模式服务器直直接向所所有用户户提供服服务成本高，可扩展展性差对等网络络模式每一个网网络终端端既是资资源的使使

6、用者也也是资源源的提供供者扩展性强强，资源源利用率率高管理困难难，服务务不稳定定6.2应用层：应用程程序构架架应用层描述业务逻辑辑，包括应用流程程、程序状态态、数据内容容和形式式Web包含的三三个重要要概念超文本超媒体超文本传传输协议议（HTTP）Web的特点图形化界界面终端的独独立性交互性和和动态性性6.2应用层：Web和HTTP协议HTTP超文本超媒体6.2应用层：Web和HTTP协议域名：Web服务器在在网络上上的唯一标识（标标识作用用）用来在网网络中定位一台Web服务器的的标识（定位作作用）域名一般般具有可可以直接接理解的的语义信息，如如http:/：服务器器位于中中国edu：服务器器

7、用于教教育机构构tsinghua：该web服务器为为清华大大学所有有域名与IP地址：IP是互联网网内部使使用的标标识，有有固定的的长度，域名没没有长度度限制。域名到IP地址的转转换：域名系统统6.2应用层：域名系系统t分层组织的DNS（域名系系统）服服务结构构根域名系系统服务务器13台根域名名服务器器一级域名名服务器器负责如.com、.edu、.net的一级域域名负责代表表国家地地区的.cn、ca的一级域域名权威域名名服务器器服务每一一个拥有有Web的机构两种服务务方式自维护权权威域名名服务器器第三方权权威域名名服务器器域名服务务器共同同协作完完成域名解析析6.2应用层：域名系系统（续续）6.

8、2应用层：域名解解析交互式域域名解析析：逐级询问问当用户向向本地DNS服务器请请求解析析时，若若本地DNS服务器已已持有所所需域名名对应IP，则将信信息返回回给用户户，否则则从根服服务器开开始一层层一层向向下询问问，直到到获取域域名对应应IP并返回给给用户。6.2应用层：域名解解析（续续）递归式域域名解析析：本地DNS服务器代代理每当一个个DNS服务器被被查询一一个域名名的IP地址时，如果该该服务器器没有记记录，则则该服务务器亲自自代表询询问者去去获取该该域名的的IP地址，直直到得到到该信息息。6.1互联网概概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网网到物联联网传输层是是网络终终端

9、经过过网络进进行通信信时的第第一个端端到端的的层次。传输层层为应用用层程序序或协议议建立起起虚拟的的端到端端传输通通路。本章内容容6.3传输层：套接字字套接字：应用程序序与传输输层之间间进行通通信的一一道门，使得当当一个网网络终端端运行多多个网络络应用程程序是，不同应应用程序序的收发发信息不不会产生生混乱。套接字需需要IP地址和端口号区别同一一终端上上正在运运行的不不同应用用程序。IP地址用于于区别不同终端端，端口号号用于区区别同一终端端上的不同应用用程序。如何在传传输层上上建立端端到端的的逻辑连连接？传输层上上端到端端的连接接是进程与进进程之间的连连接（不不是终端端之间的的连接）所需信息息发

10、送端的的IP地址：标标识发起起者主机机终端发送端的的端口号号：标识识发起者者主机具具体进程程接收端的的IP地址：标标识接收收者主机机终端接收端的的端口号号：标识识接收者者主机具具体进程程传输层协协议UDP协议：提提供没有有可靠性性保证的的数据传传递TCP协议：提提供有可可到性保保障的数数据传递递6.3传输层：UDP协议UDP协议：用户数据据包协议议（User Datagram Protocol），为传传输层提提供简单单的不可可靠的信信息传输输服务。协议特点点数据通讯讯不需要要建立连连接较小的启启动延迟迟数据通讯讯不需要要维护连连接状态态少量的资资源消耗耗轻量级的的通讯开开销较短的数数据包格格式

11、应用场合合网络电话话，网络视频频等数据包包延迟造造成的危危害通常常大于数数据包丢丢失的危危害的应应用6.3传输层：TCP协议TCP协议：传输控制制协议（TransmissionControlProtocol），为上上层应用用提供可靠的、基于字节节流的传输服服务。由于TCP协议所基基于的网网络层协协议（IP协议）不不提供可可靠传输输保障，传输的的可靠性性完全是是由TCP所包含的的各种机机制实现现的。可靠性传传输实现现机制数据分割割数据编号号接收反馈馈可靠性传传输机制制数据分割割数据编号号接收反馈馈TCP协议：可可靠传输输的实现现TCP协议的可可靠性保保障机制制示意数据分割割三次握手手数据传输输可

12、靠性传传输机制制数据分割割数据编号号接收反馈馈TCP协议的建建立：三三次握手手第一次握握手：由请求者者发起，客户端端发起的的第一次次握手报报文称为为SYN报文，其中包包含发起起者第一一个真正正数据报报文的起起始编号号。第二次握握手：服务器收收到SYN报文后发发送给客客户端的的确认信信息，称称为SYNACK报文，完成第第二次握握手后，服务器器分配网网络资源源和带宽宽。第三次握握手：由客户端端发送，包含客客户端想想从服务务器获取取的数据据资源，服务器器收请求求后，TCP连接成功功建立。可靠性传传输机制制数据分割割数据编号号接收反馈馈TCP协议的特特点面向连接的传输：需通信信双方维维护连接接的状态态

13、。可靠性传输：确确保传输输不出现现丢失和和乱序。流控制：匹配发发送端和和接收端端的速率率。拥塞控制制：避免网网络过于于拥挤，考虑了了不同通通信方之之间的公公平性。6.1互联网概概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网网到物联联网进行数据据通信时时，互联联网内部部的互联联互通是是通过什什么方式式实现的的呢？本章内容容6.4网络层：路由器器路由器是网络互互联互通通的桥梁梁路由器通通过路由算法法选择数据据传输路路径路由表：IP地址，端端口号当路由器器收到一一个数据据包后会会查看该该数据包包网络层层包头中中接收终端端的IP地址，根据路路由表中中的信息息将该数数据包通通过对应的端端口进行转

14、发。目的地址范围端口号11011111 00000001 00010001 00000000到11011111 00000001 00010001 09999999 11011111 00000001 00010001 10000000到11011111 00000001 00010001 10000000其他1236.4网络层：IP协议IPv4协议32比特地址分配配：由ICANN总体分配配，共5类IPv4地址A类：政府府机构B类：中等等规模的的公司和和企业C类：小型型的组织织和个人人D类和E类：特殊殊用途面临的问问题数量枯竭竭问题IPv6IPv6协议128比特协议优点点:巨大的数数量：可可以

15、给每每一粒沙沙子分配配一个IP地址包头格式式做了进进一步改改进，更更简洁，更小的的通讯延延迟安全性的的提高面临的问问题与IPv4的兼容问问题IPv4如何过渡渡到IPv6？双栈技术术在IPv6设备中加入IPv4协议栈使得设备备同时支持持两种协议议。存在的问问题：若若通信过过程中将将IPv6数据包转转换成IPv4数据包，则无法还原原最初的IPv6数据包。IPv4如何过渡渡到IPv6？隧道技术术将IPv6数据包打包为IPv4数据包构建传输隧道道IPv6数据包可以还原原6.1互联网概概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网网到物联联网物联网是是下一代代互联网网吗？本章内容容下一代互互联网

16、应应具备的的特点：规模更大大：IPv6逐步取代代IPv4，连接更更多的终终端和用用户。速度更快快：目标至少少100Mbps。安全性更更高：网络安全全可控性性，可管管理性增增强。使用更方方便：与移动通通信技术术无缝配配合，用用户不再再受地理理位置限限制。6.5下一代互互联网探探索CNGI项目项目全称称：Chinas NextGenerationInternet，2003年在中国国开展四大突破破：世界上第第一个纯纯IPv6局域网IPv6源地址认认证互联联新体系系自主研发发的IPv4与IPv6的过渡技技术国产IPv6路由器北京建成成国内/国际互联联中心CNGI6IX实现了6个CNGI主干网络络的高速

17、速互联实现了与与北美，欧洲，大洋洲洲等地区区的下一一代互联联网高速速互联6.5下一代互互联网探探索互联网的的延伸终端多元元化摆脱“人人在上网网”的束束缚网络世界界和物理理世界更更加紧密密的联系系信息获取取方式的的多样化化主动获取取，被动动告知感知行为为的智能能化人类对物物理世界界的控制制能力得得到前所所未有的的加强互联网在在物联网网中的重重要性物联网是互联网应应用的延伸和拓拓展，互联网网是实现现物（人人）与物物（人）之间更更加全面面的互联联互通的的最重要要和最主主要的途途径。6.5从互联网网到物联联网本章小结结内容回顾顾本章介绍绍了互联联网的基基本组件件和体系系结构，重点讨讨论了应应用层，传输层层和网络络层的功功能，简简单介绍绍了各层层典型的的协议和和应用。重点掌握握熟悉互联联网中常常用的接接入方式式。重点理解解电路交交换与分分组交换换的原理理和特点点。牢记互联联网的5