讲稿第2讲网络应用

第2讲：计算机网络应用【导入】1．前一次课内容简介：网络概念、分类、拓扑、体系结构和联网设备。【内容讲授】一、Internet1．TCP/IP协议TCP/IP初步架构的出现源于1964年，冷战时期美国国防部为了建立一个分组交换网络系统来做军事通讯，于1969年便赋予美国国防部高级研究计划署（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）这一项任务。于是在1971年研究出了NCP协议（NetworkControlProtocol），并真正架构出23个节点的网络系统，它的第一个节点在加州大学洛杉矶分校的网络测试中心，随后很快又建成另外三个节点，它们分别位于斯坦福研究院、加州大学圣芭芭拉分校和犹他州犹他大学。他们在12K内存的Honeywell小型机上使用BBN公司（BoltBeranekandNewman，Inc）的接口信号处理器（IMP）。而这个网络系统便称为ARPANET。随着网络的进步，网络的传输设备也不断地更新，从网络线一直发展到卫星传送系统。NCP协议已无法满足人们的要求了，不同的网络系统无法很顺利的传送资料。为此美国史丹佛大学、BNN公司与英国伦敦大学共同发展出传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP），这个协议可以让不同网络系统透过网络线、无线电波或卫星传送等方式连线起来，并彼此沟通即传递信息。虽然TCP协议较稳定而且也很少出错，但有时传送的封包资料仍然会遗失而要求系统重新传送，这样在网络上会大大减低系统的效率浪费传送时间。为了解决这一个问题，便将TCP协议再度细分为两层：上层一样称为TCP协议，主要工作为管理封包的切割、整合与重传；而下一层便称为互联网络协议（InternetProtocol，IP）协议，主要工作为管理数据包的资料传送与传送位置。如此，这样的协议便称为TCP/IP协议。ARPA意识到伯克利版本的UNIX系统已经传播到了各个大学，因而决定使用该UNIX系统来传播Internet软件。他们与伯克利大学签订了一个科研合同，并按照该合同向伯克利大学的研究人员提供他们已经开发的TCP/IP软件，而伯克利则将该软件集成到自己版本的UNIX系统中，并修改了应用程序，使其能够使用TCP/IP。1982年时，美国正式使用TCP/IP协议，并将此协议当成整个国防部网络的标准协议。隔年所有ARPANET的网络系统也正式启用TCP/IP协议。至此，正式奠定了TCP/IP协议的地位。后来的Internet也正式启用TCP/IP协议为标准通讯协议。这样的结果，使得TCP/IP协议更确定其霸主地位。后还有非军方的NSF等的网络共同发展成了现在的Internet。TCP/IP发展的简要历史见后图。2．特点TCP/IP中包括了网络互联和服务的定义以及网络的管理工具，最初的目的是为了时间：10分钟时间：40分钟让不同公司的设备可以很好的在一起工作，所以良好的兼容性和广泛的支持从一开始就是TCP/IP协议的突出的优点。在最开始的时候，TCP/IP是被包括在UNIX中的，早期TCP/IP协议的推广与UNIX的应用是分不开的，不过现在，很多操作系统，包括Microsoft的Windows95/98/NT/2000系列产品都能够很好的支持TCP/IP，并提供了更为方便的网络管理功能。TCP/IP协议为什么能够从各种网络协议中脱颖而出，成为Internet的标准协议是与其很多特有的优点分不开的。简单的来说，TCP/IP协议优点有：•良好的容错能力•很好的故障恢复能力•极佳的扩展性•与硬件厂商和网络类型的无关性•较小的数据开销考虑到TCP/IP的开发背景，作为军用的网络协议显然良好容错能力是必不可少的，事实上，即使网络有一部分出现故障或崩溃，TCP/IP仍可以保证其他部分可以正常工作，基于TCP/IP的网络如Internet都具有很强的生命力，极难被彻底破坏。由于TCP/IP网络这种相对独立的特性，使得排错和增加网络设备都很简单，基本上不会影响到网络的其他部分。另外，TCP/IP并不是针对某一公司的产品和网络设备开发的，也不局限于特定操作系统，它可以在不同的设备和不同的网络类型上都工作的很好，这对于一个大型的网络，比如Internet，或是一个有多个公司提供设备的网络来说是很重要的。由于TCP/IP有如上的优点，更重要的是它已经成为一个事实上的标准，被大部分公司和厂商所支持，TCP/IP成为Internet的基本协议，也是使用最广泛的网络协议。在各种网络操作系统中，TCP/IP协议也是唯一的一个默认安装的网络协议。3．应用层应用层主要的工作是为应用程序提供和下层服务及其他应用程序的通信协议和接口规范。由于用户的要求是多种多样的，为了满足用户不同的需求，应用层包含了大量的各种各样的协议，是内容最为丰富多彩的一层。下面我们来介绍一下主要的应用层协议。超文本传输协议（HyperTextTransferProtocol，HTTP），用于从服务器端到客户端进行主页的浏览。我们上网去浏览查看一些网页主要都是在使用HTTP协议。HTTP本身使用明文，不进行加密。在HTTP基础上结合SecureSocketsLayer，就形成HTTPS协议，对服务器端到客户端之间的连接进行加密，HTTPS使用的URL头为https://。文件传输协议（FileTransmissionProtocol，FTP），可以在两台主机之间传输文件，两台主机可以使用相同的系统，可以是不同的系统。需要注意的是，FTP可以指协议，也是一种服务，还可能是一个程序。使用FTP协议传输文件需要一台计算机提供FTP服务，其它的计算机作为客户访问。FTP协议提供了一定的安全认证措施，一般用户需要登录才能使用FTP服务，当然，在Internet上也有很多匿名（anonymous）的FTP服务器允许匿名访问，一般提供的是一些共享和免费的软件，对FTP服务器来说，应该限定匿名用户的权限，以免危害到服务器的安全。简单邮件传输协议（SimpleMailTransmissionProtocol，SMTP），用于提供Internet上最古老也是使用最广泛的服务——Email，为邮件的传输格式以及附件格式定义了一系列的标准，使用户可以正确的收发Email。作为SMTP服务器，需要接收用户的邮件并暂时保存，直到用户取走为止，另外一个工作就是把不是自己管理的邮件转发出去，我们接收到的Email通常都要经过多次转发。远程登录协议（Telnet）类似于早期的主机－终端模式，把客户机模拟成Telnet服务器的终端形式，可以登录Telnet服务器，并运行上面的程序，或完成执行命令、进行管理的功能，Telnet的终端仿真是文字形式的，因此界面较为简陋，但是可以让用户几乎可以和在主机登录一样完成自己的工作。除了Telnet的服务器之外，一些网络设备也是通过Telnet方式来管理的，如路由器，网络打印机等，Telnet所使用的命令一般与提供服务的系统有关，因此不同的服务器区别很大，另外，不正确的终端仿真方式会导致无法显示主机的信息。简单网络管理协议（SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP），可以检测网络运行的各种信息并提供网络的管理功能。通过在网络设备、服务器、工作站上运行的SNMPAgents收集节点上所传输的数据包、流量、以及设备或计算机的资源占用情况，汇总这些信息可以了解整个网络的运行情况，为网络优化和排错提供依据。网络的管理员还可以通过设定SNMPAgents的阈值实现报警的功能。4．传输层传输层的工作与OSI参考模型的传输层功能类似，都是在端到端的数据传输中保证数据的正确、完整并且顺序正确，也就是提供了可靠的端到端的数据传输。在传输层的以下各层都是不考虑数据传输的可靠性的，从这个角度上来说，传输层保证的包括本身以及以下两层的传输可靠性。TCP/IP协议的传输层协议最主要的是TCP协议和UDP协议。5．IP地址IP地址的编码方式IP地址的结构IP地址是32位的二进制数。与由街道地址和门牌号码组成的地址相类似，每个IP地址被分为两部分，网络ID和主机ID。网络ID用来在TCP/IP网络中，标识某个网段。所有附加在同一网络并对网络共享访问的主机都拥有同样的网络ID。主机ID又称为主机地址，在网段内标识一个TCP/IP节点，例如工作站、服务器、路由器以及其他TCP/IP设备。在网段内部，主机ID必须是唯一的。IP地址的表示方法IP地址有两种表示方法，如图所示。二进制表示在计算机内部，IP地址是用32位二进制数表达的。例如10000011011010110001000011001000；四段表示为了更方便的表示和使用，IP地址一般使用点分十进制的方法被分为四段，每8个二进制位为一段，每段转换为10进制数。例如10000011011010110001000011001000转换后的形式为131.107.16.200。如图所示的是四段表示方法，以及四段中网络ID和主机ID的划分。A类网络规则：二进制表示中以0开头。w的范围：1–126；网络ID和主机ID划分：网络ID为w，主机ID为x.y.z；网络数目：126；每个网络中主机数目：16,777,214；B类网络规则：二进制表示中以10开头。w的范围：128–191；网络ID和主机ID划分：网络ID为w.x，主机ID为y.z；网络数目：16,384；每个网络中主机数目：65,534；C类网络规则：二进制表示中以110开头。w的范围：192–223；网络ID和主机ID划分：网络ID为w.x.y，主机ID为z；网络数目：2,097,152；每个网络中主机数目：254；D类网络二进制表示中以1110开头，对应w值为224–239，用于多点播送地址。多点播送在Internet层中是非常重要的，局域网很多通讯都依赖于广播。规定的常用广播地址包括：224.0.0.0基本广播地址（保留）；224.0.0.1向同一网段内所有主机和路由器广播；224.0.0.2向同一网段内所有路由器广播；224.0.0.5向同一网段内所有OSPF路由器广播；224.0.0.6向同一网段内所有已经指定的OSPF路由器广播；224.0.0.9向同一网段内所有应用RIP服务的RIPv2路由器广播；224.0.1.24向同一网段内所有WINS服务器广播，用于支持自动发现和动态配置WINS服务器。6．Intermet/IntranetInternet就是国际互联网，它是全世界各种网络互联的一个庞大的计算机网络系统；Intranet是指企业内部互联网，即企业内联网，通常称为内部网、企业网或单位内部网。二、无线局域网WLAN1．基本服务集BBS一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时，都要通过本BSS的基站。2．基站基本服务集内的基站叫做接入点AP(AccessPoint)，其作用和网桥相似。当网络管理员安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标时间：10分钟识符SSID和一个信道。3．主干分配系统DS和扩展的服务集ESS一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。4．门户PortalESS还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。5．漫游移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到A的位置），仍可保持与另一个移动站B进行通信。6．热点（hotspot）•现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入Wi-Fi的服务。这样的地点就叫做热点。•由许多热点和AP连接起来的区域叫做热区(hotzone)。热点也就是公众无线入网点。•现在也出现了无