物联网导论第六章

1、物联网技术导论物联网技术导论Introduction to Internet of Things第第6章章 互联网互联网主讲：尹小燕主讲：尹小燕Email：Based on the course slides of 物联网导论，刘云浩编著，科学出版社西北大学西北大学/ 信息科学与技术学院信息科学与技术学院/网络与信息安全实验室网络与信息安全实验室 中意大型遗址智能感知联合实验室中意大型遗址智能感知联合实验室/2012年年8月月1日日内容提要互联网技术为物联网技术提供应用平台和技术支撑。本章将介绍互联网的相关概念以及具体的网络协议。第4章介绍了位置信息的概念，重点介绍典型的定位系统（卫星定位，蜂

2、窝基站定位，无线室内环境定位，新兴定位系统）以及三种常见的定位技术。内容回顾本章将介绍互联网的接入方式、数据交换模式、网络分层结构、具体的应用层、传输层与网络层协议。6.1 互联网概述互联网概述6.2 应用层6.3 传输层6.4 网络层本章内容互联网概述 互联网，即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。 Internet的发展历史 七十年代：以试验网络为主 X.25 分组交换网：各国的电信部门建设

3、运行 各种专用的网络体系结构：SNA，DNA Internet 的前身ARPANET进行实验运行 八十年代：以学术网络为主 标准化计算机网络体系结构：OSI 局部网络 LAN 技术空前发展 建成NSFNET，Internet 初具规模 九十年代：以商业网络为主 Internet空前发展 Web技术在Internet/Intranet 得到广泛应用Internet技术概览 “基础设施”，“软件技术”和“网上服务”(或者“网上业务”)。粗略些讲，它们是“硬件”、“软件”和“信息”。它们分别对应英文词“infrastructure”, “technologies and facilities”和“s

4、ervices”。 基础设施 基础设施包含因特网赖以运行的基本硬件环境和最具有公用意义的支撑软件。 1.各种各样的(网络)线路 2. 中介设备(交换和路由设备) 3. 终端设备 4. 基础环境中的软件 域名服务域名服务 目录服务目录服务 分布计算环境分布计算环境(DCE)(DCE) Internet技术概览网络接入方式 电话线拨号（PSTN） 普遍的窄带接入方式。即通过电话线，利用当地运营商提供的接入号码，拨号接入互联网,速率不超过56Kbps。特点是使用方便，只需有效的电话线及自带MODEM的PC就可完成接入。 可应用在一些低速率的网络应用（如网页浏览查询，聊天，EMAIL等），主要适合于临

5、时性接入或无其他宽带接入场所的使用。缺点是速率低，无法实现一些高速率要求的网络服务，其次是费用较高（接入费用由电话通信费和网络使用费组成）。 网上服务 1 信息服务 2. 交易服务（商贸服务） 3. 协作服务 （交互式远程教育，视话会议，群组工作等都是合作的例子 ）一线通（ISDN） ISDN（Integrated Service Digital Network），中文名称是综合业务数字网，中国电信将其俗称为“一线通”。 它是八十年代末在国际上兴起的新型通信方式。同样的一对普通电话线原来只能接一部电话机，所以原来的拨号上网就意味着这个时候不能打电话。而申请了ISDN后，通过一个称为NT的转换盒

6、，就可以同时使用数个终端，您可一面在INTERNET网上冲浪，一面打电话或进行其它数据通信。虽然仍是普通电话线，NT的转换盒提供给用户的却是两个标准的64KB/S数字信道，即所谓的2B+D接口。一个TA口接电话机，一个NT口接电脑。它允许的最大传输速率是128KB/S，是普通MODEM的三至四倍，所以，它的普及从某种意义上讲是对传统通信观念的重大革新。装机与通信费用与普通电话相近，近一两年才在国内主要城市开通业务，同样可到电信局的营业网点申请，当然也就成为目前拨号上网的首先方式。 ADSL 主要是以ADSL/ADSL2+接入方式为主，是目前运用最广泛的铜线接入方式。ADSL可直接利用现有的电话

7、线路，通过ADSLMODEM后进行数字信息传输。理论速率可达到8Mbps的下行和1Mbps的上行，传输距离可达45公里。ADSL2+速率可达24Mbps下行和1Mbps上行。另外，最新的VDSL2技术可以达到上下行各100Mbps的速率。特点是速率稳定、带宽独享、语音数据不干扰等。适用于家庭，个人等用户的大多数网络应用需求，满足一些宽带业务包括IPTV、视频点播（VOD），远程教学，可视电话，多媒体检索，LAN互联，Internet接入等。 WiFi （Wireless Fidelity） 是一种有线接入的延伸技术，使用无线射频(RF)技术越空收发数据，减少使用电线连接，因此无线网络系统既可达

8、到建设计算机网络系统的目的，又可让设备自由安排和搬动。在公共开放的场所或者企业内部，无线网络一般会作为已存在有线网络的一个补充方式，装有无线网卡的计算机通过无线手段方便接入互联网。 数据交换方式计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的类型OSI模型OSI七层模型与TCP/IP五层模型分层的好处 1.易于功能实现易于功能实现 将互联网功能细化，在特定的分层

9、上实现一些特定的功能； 2.易于解决问题易于解决问题 问题解决集中化； 3.在各层间标准化接口，允许不同的产品只提供各层功能的一部分，（如路由器在一到三层），或者只提供协议功能的一部分。（如Win95中的Microsoft TCP/IP） 4. 创建更好集成的环境。 5. 减少复杂性，允许更容易编程改变或快速评估。 6. 用各层的headers和trailers排错。 7.较低的层为较高的层提供服务。应用层 应用层是开放系统的最高层,是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务. 应用层是人与机器交互的桥梁，描述了应用程序设计的一些基本

10、原则。 应用层描述业务逻辑，包括应用流程、程序状态、数据内容和形式等。即应用层定义了为了完成一个特定功能，应如何将什么样的数据发送到哪里。应用程序框架客户端-服务器模式 对等网络模式P2P的特点非中心化非中心化（Decentralization）：网络中的资源和服务分散在所有结点上，信息的传输和服务的实现都直接在结点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的瓶颈。P2P的非中心化基本特点，带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。 可扩展性可扩展性：在P2P网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了，系统整体的资源和服务能力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需要。整个体系是全

11、分布的，不存在瓶颈。理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的。 健壮性健壮性：P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个结点之间进行的，部分结点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。P2P网络一般在部分结点失效时能够自动调整整体拓扑，保持其它结点的连通性。P2P网络通常都是以自组织的方式建立起来的，并允许结点自由地加入和离开。P2P网络还能够根据网络带宽、结点数、负载等变化不断地做自适应式的调整。 高性能高性能/价格比价格比：性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。随着硬件技术的发展，个人计算机的计算和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理高速增长。采用P2P架构可以有效地利用互

12、联网中散布的大量普通结点，将计算任务或存储资料分布到所有结点上。利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的。通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。 隐私保护隐私保护: 在P2P网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过某个集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。此外，目前解决Internet隐私问题主要采用中继转发的技术方法，从而将通信的参与者隐藏在众多的网络实体之中。在传统的一些匿名通信系统中，实现这一机制依赖于某些中继服务器节点。而在P2P中，所有参与者都可以提供中继转发的功能，因而大大提高了匿名通讯的灵活性和

13、可靠性，能够为用户提供更好的隐私保护。 负载均衡负载均衡: P2P 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减少了对传统C/S结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多个节点，更好的实现了整个网络的负载均衡。 WWW发展历史WWW思想,1989,CERN； 3月欧洲粒子物理实验室CERN首先提出WWW的概念；TIM BERNERS-LEE 1990年11月一个WWW应用软件问世；产生了第一个原型，并在美国的超文本 91会议上展示；1993年研制出第一个通用图形化WWW浏览器Mosaic；1994年Andrrssen创建NETSCAPE公司，开发WEB的客户和服务器软件；同年，

14、CERN和MIT共同创建WWW论坛，制定相关的协议标准，;95年Netscape公司开发出 Netscape Navigator 浏览器；随后，Microsoft公司推出Internet Explorer；HTML，JAVA，VRML等新规范、新技术不断推出。 Web是运行在Internet之上的所有HTTP服务器软件和它们所管理的对象（及其作用）的集合。 对象：实际上包括了Web Page/Web 文档和程序。 程序可以动态生成Web 文档WWW超文本 Hypertext超媒体 Hypermedia文本图像声音超文本标记语言 HTML(Hyper Text M

15、arkup Language) 服务器方信息资源制作和客户浏览器方信息屏幕呈现而约服务器方信息资源制作和客户浏览器方信息屏幕呈现而约定的一种具有超文本形式的格式化语言。定的一种具有超文本形式的格式化语言。 信息制作者用信息制作者用HTMLHTML定义文本的编排格式，定义相关信息定义文本的编排格式，定义相关信息的超文本、超媒体链接指针。的超文本、超媒体链接指针。 每个每个WWWWWW服务器所包含的信息资源都可以看作是用服务器所包含的信息资源都可以看作是用HTMLHTML格式书写的文档（页面）。格式书写的文档（页面）。 浏览器读取服务器的信息资源，按照浏览器读取服务器的信息资源，按照HTMLHTM

16、L语言定义的格语言定义的格式呈现信息，便于用户浏览式呈现信息，便于用户浏览主页 Home Page WWWWWW服务器为自己所包含的信息而建立的一个具服务器为自己所包含的信息而建立的一个具有封面和目录效果的一页有封面和目录效果的一页HTMLHTML文档；文档； 点明信息资源的主题，列出所含信息的子标题，反点明信息资源的主题，列出所含信息的子标题，反映信息内容的层次结构，并由指针链接下一层次的映信息内容的层次结构，并由指针链接下一层次的页面；页面； 是信息制作者建立的信息源头是信息制作者建立的信息源头。 （艺术效果）（艺术效果）统一资源定位器URL URL（Uniform Resource Lo

17、cator）概念）概念 利用利用WWW获取信息须指明信息所在位置，获取信息须指明信息所在位置， URL是对信息进行定位的通用资源访问地址。是对信息进行定位的通用资源访问地址。 URL 地址格式：地址格式： 应用协议类型：应用协议类型：/信息资源所在的主机名信息资源所在的主机名/路径名路径名/文件文件名名 例例 http:/ ftp:/ http:/ 体系结构 Web是一种体系结构，是一种基于是一种体系结构，是一种基于Internet、采用、采用Internet协议的体系结构。它包含如下几层意思：协议的体系结构。它包含如下几层意思：（1 1）Web 是是Internet 提供的一种服务。提供的一

18、种服务。（2 2）Web是存储在全世界是存储在全世界Internet计算机中、数量巨大计算机中、数量巨大的文档的集合。的文档的集合。（3 3）Web上的海量信息是由彼此关联的文档组成的。这上的海量信息是由彼此关联的文档组成的。这些文档称为主页（些文档称为主页（Home Page）或页面（）或页面（Page）。）。（4 4）Web的内容保存在的内容保存在Web站点（站点（Web 服务器）中，用服务器）中，用户可通过浏览器（户可通过浏览器（Browser）访问）访问Web站点站点HTTP协议 HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于从WWW服务器

19、传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。在TCP/IP协议栈中的位置 HTTP的请求响应模型 工作流程 一次一次HTTPHTTP操作称为一个事务，其工作过程可分为四步：操作称为一个事务，其工作过程可分为四步：1 1）首先客户机与服务器需要建立连接。只要单击某个超级链）首先客户机与服务器需要建立连接。只要单击某个超级链接，接，HTTPHTTP的工作开始。的工作开始。2 2）建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的）建立连接后，客户机发送一个

20、请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（格式为：统一资源标识符（URLURL）、协议版本号，后边是）、协议版本号，后边是MIMEMIME信信息包括请求修饰符、客户机信息和可能的内容。息包括请求修饰符、客户机信息和可能的内容。3 3）服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个）服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是边是MIMEMIME信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。4 4）客户端接收服务器所返回的信息通过浏

21、览器显示在用户的）客户端接收服务器所返回的信息通过浏览器显示在用户的显示屏上，然后客户机与服务器断开连接。显示屏上，然后客户机与服务器断开连接。域名系统 交互式域名解析 递归式域名解析传输层 传输层为应用层的程序或协议建立起了一条虚拟的端到端的传输通路。TCP/IP数据包格式TCP（Transmission Control Protocol）协议TCP协议的特点1.面向连接的传输2.可靠性传输3.流控制4.拥塞控制UDP （User Datagram Protocol）协议UDP协议的特点1.数据通信不需要建立连接2.数据通信不需要维护连接状态3.轻量级的通信开销网络层IP协议Internet

22、 Protocol（网络之间互连的协议） 中文简称为“网协”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。 IP地址 IP协议中还有一个非常重要的内容，那就是给因特网上的每台计算机和其它设备都规定了一个唯一的地址，叫做“IP 地址”。由于有这种唯一的地址，才保证了用户在连网的计算机上操作时，能够高效而且方便地从千千万万台计算机中选出自己所需的对象来。现在电信网正在与 IP网走向融合，以IP为基础的新技术是热

23、门的技术，如用IP网络传送话音的技术（即VoIP）就很热门，其它如IP over ATM、IPover SDH、IP over WDM等等，都是IP技术的研究重点。 IP地址分成了网络号和主机号两部分，设计者就必须决定每部分包含多少位。网络号的位数直接决定了可以分配的网络数（计算方法2网络号位数）；主机号的位数则决定了网络中最大的主机数（计算方法2主机号位数-2）。然而，由于整个互联网所包含的网络规模可能比较大，也可能比较小，设计者最后聪明的选择了一种灵活的方案：将IP地址空间划分成不同的类别，每一类具有不同的网络号位数和主机号位数。 IPV4 地址 按照TCP/IP（Transport Co

24、ntrol Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/Internet协议）协议规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，比特换算成字节，就是4个字节。例如一个采用二进制形式的IP地址是一串很长的数字，人们处理起来也太费劲了。为了方便人们的使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。如“”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”，这显然比1和0容易记忆得多。 IP地址分为五类，A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。 A、

25、B、C三类IP地址的特征：当将IP地址写成二进制形式时，A类地址的第一位总是0，B类地址的前两位总是10，C类地址的前三位总是110。 A类地址（1）A类地址第1字节为网络地址，其它3个字节为主机地址。它的第1个字节的第一位固定为0.（2）A类地址范围：-55（3）A类地址中的私有地址和保留地址： 10.X.X.X是私有地址（所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址）。范围（-55） 127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。 B类地址（1） B类地址第1字节和第2字节为网络地址，其它2个字节为主机地址。它的第1个字节的前两位固定为10.（2） B类地址范围：-55。（3） B类地址的私有地址和保留地址 -55是私有地址 169.254.X.X是保留地址。如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器。就会得到其中一个IP。55是广播地址，不能分配。 C类地址（1）C类地址第1字节、第2字节和第3个字节为网络地址，第4个字节为主机地址