互联网概述07计科

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1、互联网原理与应用互联网原理与应用课件下载地址：课件下载地址：1本课程与相关课程的衔接本课程与相关课程的衔接TCP/IP关于网络关于网络互联的基本内容，互联的基本内容，以及和以及和LAN/WAN衔接，在计算机衔接，在计算机网络中已经介绍，网络中已经介绍，不在本课程讲授。不在本课程讲授。本课程重点讲授本课程重点讲授互联网重要协议，互联网重要协议，特别是应用层协特别是应用层协议，实际是互联议，实际是互联网技术内容的深网技术内容的深入。入。IP各种应用层协议HTTP, FTP, SMTP, DNS，WWW 等TCP网际层运输层UDP应用层ICMPIGMPARPRARPARPLAN、WAN网络接口层数据

2、链路/物理层2主要讲授内容主要讲授内容1.互联网与应用概述互联网与应用概述背景、概念、结构、服务背景、概念、结构、服务2.互联网底层协议互联网底层协议ARP、RARP、ICMP、IGMP3.网络地址转换与路由选择协议网络地址转换与路由选择协议NAT、基本选路、基本选路、RIP、OSPF、BGP。4.互联网应用基础互联网应用基础C/S模式和应用程序接口模式和应用程序接口API5.互联网基本应用协议互联网基本应用协议FTP、DNS、TELNET、BOOTP、DHCP6.互联网常用应用协议互联网常用应用协议Email（SMTP、POP3）、）、WWW3关于本课程的授课方式与考试：关于本课程的授课方式

3、与考试： 平时成绩平时成绩30%(含实验）含实验）+期终考试期终考试70% 本课程的说明本课程的说明教材为谢希仁教材为谢希仁计算机网络计算机网络第第5版的部分内容，版的部分内容，但不限于此书，有些新增内容。但不限于此书，有些新增内容。本课程强调互联网原理和概念，不偏向于网络编本课程强调互联网原理和概念，不偏向于网络编程技术和技巧。程技术和技巧。本课程的内容体系和讲授顺序不完全按照教材顺本课程的内容体系和讲授顺序不完全按照教材顺序和内容。一些细节需要查阅其他专业资料，重要序和内容。一些细节需要查阅其他专业资料，重要参考书：参考书：TCP/IP协议族协议族第第3版，谢希仁译版，谢希仁译4第第1章、

4、互联网与应用概述章、互联网与应用概述1.1 1.1 互联网发展背景互联网发展背景1.2 1.2 互联网设计思想与特点互联网设计思想与特点1.3 1.3 互联网协议体系结构互联网协议体系结构1.4 1.4 互联网应用发展互联网应用发展51.1.1 计算机网络和网络互连计算机网络和网络互连1.1 1.1 互联网发展背景互联网发展背景70年代开始，计算机网络的核心内容集中在：年代开始，计算机网络的核心内容集中在：LAN、网、网络互连上络互连上；LAN研究解决小区域计算机互连和信息共享研究解决小区域计算机互连和信息共享的体系，目前主要是的体系，目前主要是Ethernet：共享介质、以太网、交：共享介质

5、、以太网、交换式以太网；换式以太网；Ethernet并随着光收发技术发展，向区域并随着光收发技术发展，向区域网、城域网发展。网络互连同时研究怎样完成计算机广网、城域网发展。网络互连同时研究怎样完成计算机广域互连，一种跨越不同操作系统和通信链路的广泛互连域互连，一种跨越不同操作系统和通信链路的广泛互连方式，方式，TCP/IP互连技术。互连技术。所以，计算机网络课程基础是所以，计算机网络课程基础是LAN、网络互连实现原、网络互连实现原理、设备和工程技术讨论；并涉及数据通信基础，广理、设备和工程技术讨论；并涉及数据通信基础，广域通信网；涉及网络安全和管理；网络应用。不同教域通信网；涉及网络安全和管理

6、；网络应用。不同教材有不同内容编排和侧重。材有不同内容编排和侧重。6互联网互联网internet：通过路由器连接的一组网络，使网中：通过路由器连接的一组网络，使网中的任何计算机之间可以通信，目前主要运用的任何计算机之间可以通信，目前主要运用TCP/IP协协议。它可能是任何组织的网络，如议。它可能是任何组织的网络，如CERNet、ChinaNet1.1.2 internet Internet 和和Intranet因特网因特网Internet：运用：运用TCP/IP协议，接受因特网组织协议，接受因特网组织统一管理（统一管理（InterNIC 地址、域名）、全球开放的互联地址、域名）、全球开放的互联

7、网，前身网，前身ARPANET。它是一个特定组织的网络，目。它是一个特定组织的网络，目前已成为全球计算机互连和应用互联的基础设施，并前已成为全球计算机互连和应用互联的基础设施，并在和电信网融合成为统一的在和电信网融合成为统一的NGN。内联网内联网Intranet：运用：运用TCP/IP技术，企业、学校等单位技术，企业、学校等单位内部互连的网络。内部互连的网络。71.2.1 互联网技术思想互联网技术思想通信必须解决可靠问题。计算机通信是在计算机上运通信必须解决可靠问题。计算机通信是在计算机上运行的程序之间的通信。所以实现可靠通信最终应当是行的程序之间的通信。所以实现可靠通信最终应当是让计算机程序

8、之间的通信可靠。但应当由谁负责可靠让计算机程序之间的通信可靠。但应当由谁负责可靠交付？因特网和传统电信网的思路不同。交付？因特网和传统电信网的思路不同。1.2 1.2 互联网技术思想与特点互联网技术思想与特点因特网认为，因特网认为，IP 协议只提供尽力传输，没有必要提协议只提供尽力传输，没有必要提供可靠服务，这样做可以使网络简单、灵活性好、供可靠服务，这样做可以使网络简单、灵活性好、价格便宜。价格便宜。因特网通过增加因特网通过增加 TCP 协议，就可以实现计算机程序协议，就可以实现计算机程序之间的可靠通信。之间的可靠通信。在在TCP/IP核心之上开发和建立一系列的实际应用。核心之上开发和建立一

9、系列的实际应用。81.2.2 通信网基本传输方式通信网基本传输方式 数据报数据报虚电路虚电路9分组从分组从 A 传送到传送到 B 的过程的过程网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器基于存储转发的分组交换基于存储转发的分组交换在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块F每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）F 因特网中这样一个分组称为IP数据报，也称IP包。F 通过存储转发，hop by hop尽力逐跳把各分组发送到接收端F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报

10、文101.2.3 互联网核心协议互联网核心协议 TCP/IP TCP/IP因特网应用程序TCP 协议完成分组端对端传输，并保证应用程序之间的可靠通信应用程序IP 协议完成分组在因特网的点对点传输，只能尽力传输，但不保证可靠交付。什么是点对点传输什么是点对点传输？什么是端到端传？什么是端到端传输？输？11IP数据包怎样通过不同的网络？数据包怎样通过不同的网络？在某个在某个IP数据报进入网络传递以前，路由器把数据报进入网络传递以前，路由器把IP数据报数据报作为完整的帧数据重新封装到一个帧中，这个帧格式符作为完整的帧数据重新封装到一个帧中，这个帧格式符合某个物理网络传送的硬件要求。合某个物理网络传送

11、的硬件要求。终点终点起点起点路由器路由器帧中继帧中继ATM以太网以太网包裹包裹马车马车火车火车汽车汽车（原始标签）（原始标签） 包裹目包裹目的地的地投递投递12 A20字节字节头部头部0 4 8 16 19 24 31IP数据报数据报头部头部 数据区数据区 版本版本 头部长头部长 服务类型服务类型 总长总长 标识标识 标志标志 段偏移段偏移 生存时间生存时间 协议类型协议类型 头部校验和头部校验和 源源IP地址地址 目的地目的地IP地址地址 IP 可选项（可省略、长度可变）可选项（可省略、长度可变） 填充填充 数据开始数据开始 0 1 2 3 4 8 16 24 310 网络号网络号 主机编号

12、主机编号1 0 网络号网络号 主机编号主机编号 1 1 0 网络号网络号 主机编号主机编号 1 1 1 0 多目的传送地址多目的传送地址 1 1 1 1 保留将来使用保留将来使用 A C C D E B0.0.0.0-127.255.255.255128.0.0.0-191.255.255.255192.0.0.0-223.255.255.255224.0.0.0-239.255.255.255240.0.0.0-247.255.255.255130 4 10 16 31 源端口源端口 目的端口目的端口 发送序号发送序号 确认序号确认序号头部长度头部长度 保留保留 代码位代码位 窗口窗口 校验

13、和校验和 紧急指针紧急指针 可选项可选项 填充填充 数据开始数据开始 TCP头部头部 数据数据14v 加加速速全全球球计计算算机机一一体体化化进进展展，网网络络的的概概念念发发生生了了很很大大的的变变化化；其其技技术术在在人人类类史史上上以以罕罕见见的的速速度度被被广广泛泛接接受受，使使社社会会信信息息交交互互和和应应用用达达到到了了新新水水平平，已已经经成成为为人们须臾不能离开的工作和生活方式。人们须臾不能离开的工作和生活方式。1.2.4 互联网发展的特点互联网发展的特点v 传统电信网络和计算机网络深刻融合，不断产生新传统电信网络和计算机网络深刻融合，不断产生新的技术、设备和服务。的技术、设

14、备和服务。一方面，电信网络技术围绕一方面，电信网络技术围绕IP承载进行改造，传统对称话音业务为基础的传输与交承载进行改造，传统对称话音业务为基础的传输与交换技术向换技术向IP技术为基础的新电信框架快速转变；另一技术为基础的新电信框架快速转变；另一方面，方面，LAN和和因特网从企业网因特网从企业网/科学网向公众运营网络科学网向公众运营网络转化，不断强化交换速率、转化，不断强化交换速率、QoS、安全性、可运营性安全性、可运营性和可管理性。和可管理性。一方面，电信网络技术围绕一方面，电信网络技术围绕IP承载进行改造，传统对称话承载进行改造，传统对称话音业务为基础的传输与交换音业务为基础的传输与交换技

15、术向技术向IP技术为基础的新电信技术为基础的新电信框架快速转变；另一方面，框架快速转变；另一方面，LAN和因特网从企业网和因特网从企业网/科学科学网向公众运营网络转化，不网向公众运营网络转化，不断强化交换速率、断强化交换速率、QoS、安、安全性、可运营性和可管理性。全性、可运营性和可管理性。其次，因特网不仅完成了全其次，因特网不仅完成了全球的计算机网络的互连，更球的计算机网络的互连，更实现了统一应用的互联；实现了统一应用的互联；IP事事实上已成为未来网络统一的实上已成为未来网络统一的业务结构标准，业务结构标准，PC成为统一成为统一桌面，由此引发了新一轮业桌面，由此引发了新一轮业务模式革命，务模

16、式革命，Web Service分分布式网络应用框架逐渐成为布式网络应用框架逐渐成为IP应用的主流。应用的主流。15v 网网络络已已明明显显地地加加快快了了在在向向NGN、NGI的的演演进进步步伐伐，开开始始逐逐渐渐形形成成基基于于智智能能光光交交换换、IPV6、3G/4G的的下下一一代代网网络络环环境境；通通过过应应用用软软交交换换，分分层层、分分面面和和开开放放API接接口口的的方方式式，为为业业务务提提供供者者和和运运营营者者提提供供生生成成、部部署署和和管管理理新新的的业业务务平平台台，逐逐渐渐形形成成可可编编程程网网络络和和未未来来统统一的网络应用体系。一的网络应用体系。v 网网络络技

17、技术术与与应应用用的的快快速速发发展展，网网络络系系统统集集成成、网网络络安安全全和和网网络络管管理理成成为为新新的的热热点点；并并且且不不断断出出现现存存储储网网络、网格计算等新概念和技术。络、网格计算等新概念和技术。 v 互联网已不仅是计算机互连技术，更形成了全球统互联网已不仅是计算机互连技术，更形成了全球统一应用一应用互联互联体系。体系。其次，因特网不仅完成了全其次，因特网不仅完成了全球的计算机网络的互连，更球的计算机网络的互连，更实现了统一应用的互联；实现了统一应用的互联；IP事事实上已成为未来网络统一的实上已成为未来网络统一的业务结构标准，业务结构标准，PC成为统一成为统一桌面，由此

18、引发了新一轮业桌面，由此引发了新一轮业务模式革命，务模式革命，Web Service分分布式网络应用框架逐渐成为布式网络应用框架逐渐成为IP应用的主流。最后，网络已应用的主流。最后，网络已明显地加快了在向明显地加快了在向NGN、NGI的演进步伐，开始逐渐形的演进步伐，开始逐渐形成基于智能光交换、成基于智能光交换、IPV6、3G/4G的下一代网络环境；通的下一代网络环境；通过应用软交换，分层、分面过应用软交换，分层、分面和开放和开放API接口的方式，为业接口的方式，为业务提供者和运营者提供生成、务提供者和运营者提供生成、部署和管理新的业务平台，部署和管理新的业务平台，逐渐形成可编程网络和未来逐渐

19、形成可编程网络和未来统一的网络应用体系。统一的网络应用体系。 161.3.1 TCP/IP协议结构协议结构TCP/IP是协议栈是协议栈:不不仅包含了仅包含了网络互连IP、传输控制TCP等基本的协议，但更多是应用协议，而且仍在不断发展。1.3 1.3 互联网协议体系结构互联网协议体系结构IP各种应用层协议HTTP, FTP, SMTP, DNS，WWW 等TCP网际层运输层UDP应用层ICMPIGMPARPRARPARP网络接口层171.3.3 网络协议分层网络协议分层v复杂性：一个公司（产品）越来越无法完成一个复杂性：一个公司（产品）越来越无法完成一个系统所有的事情。系统所有的事情。v开放互连

20、：开放互连： 原有技术通常只有通信底层和独立的原有技术通常只有通信底层和独立的应用层，在不同基础上完成广泛互连，必须定义超应用层，在不同基础上完成广泛互连，必须定义超越旧体系、新的工作层。越旧体系、新的工作层。v标准化：解决复杂性和互连不能依赖某些公司产标准化：解决复杂性和互连不能依赖某些公司产品技术，需要建立既分工的、有统一协调的体系。品技术，需要建立既分工的、有统一协调的体系。早期网络是不分层，为什么要进行分层处理？早期网络是不分层，为什么要进行分层处理？早期计算机应用程序和网早期计算机应用程序和网络基本上是两个独立的体络基本上是两个独立的体系，计算机通信（串口、系，计算机通信（串口、Mo

21、den、DDN、X.25) 独独立编程完成数据传输，通立编程完成数据传输，通过操作系统底层向应用呈过操作系统底层向应用呈现提供数据，交互灵活性现提供数据，交互灵活性很差、不标准，从而无法很差、不标准，从而无法形成更广泛的网络应用。形成更广泛的网络应用。181.3.4 TCP/IP协议分层与交互协议分层与交互用户用户进程进程用户用户进程进程用户用户进程进程TCPUDPIPICMPIGMP介质介质RARP硬件硬件接口接口用户用户进程进程应用层应用层运输层运输层网络层网络层链路层链路层ARP191.3.5 协议嵌套和分用协议嵌套和分用v 互联网通过是一组相同的协议连接在一起网络。互联网通过是一组相同

22、的协议连接在一起网络。 v 某个具体协议（某个具体协议（FTPFTP、TCPTCP、IPIP、EthernetEthernet），）， 只能在同一协议层对等工作。只能在同一协议层对等工作。 v 每个协议都在处理数据分组（或帧）。发送端，每每个协议都在处理数据分组（或帧）。发送端，每个下层协议分组对上层协议传来的内容进行封装；多个下层协议分组对上层协议传来的内容进行封装；多层协议之间分组的封装形成分组嵌套。层协议之间分组的封装形成分组嵌套。 v 相反，接收端每个下层协议对分组数据进行拆封后，相反，接收端每个下层协议对分组数据进行拆封后，根据协议要求传递给相应的上层协议，完成分用。根据协议要求传递

23、给相应的上层协议，完成分用。205432154321物 理 传 输 媒 体数 据 部 分数 据 部 分数 据 部 分数 据 部 分101 比 特 流 11 010111010T2计算机 1 1FTPAP2AP1应 用 程 序IPFTPTCP以太网计算机 2 2比特帧数据报TCPTCP包包FTPFTP协议协议 尾部用户进程，处理用户进程，处理应用程序细节！应用程序细节！系统内核，处理系统内核，处理通信细节！通信细节！TCPFTP头部嵌套嵌套分用分用211.4.1 互联网应用的发展互联网应用的发展1.4 1.4 互联网应用发展互联网应用发展22 互联网互联网IP事实上已成为未来网络统一的业务结事实上已成为未来网络统一的业务结构标准，构标准，PC核心成为统一桌面，由此引发了新核心成为统一桌面，由此引发了新一轮业务模式革命，正在架构电信业务、电子一轮业务模式革命，正在架构电信业务、电子政务、电子商务、网络教育等新的应用，目前政务、电子商务、网络教育等新的应用，目前 Web Service分布式网络应用框架逐渐成为分布式网络应用框架逐渐成为IP应应用的主流。用的主流。 1.4.2 互联网应用发展趋势互联网应用发展趋势2324