物联网导论互联网技术在万物互联中的应用

第6章互联网内容提要网络是物联网最重要的基础设施之一。物联网是下一代互联网吗？为了解决这个问题，首先需要认识互联网。本章将介绍互联网的基本概念及体系结构。第2-5章介绍了感知识别层多样化的信息获取方式自动识别技术与RFID传感器技术定位系统智能信息设备本章重点介绍互联网的组成元素，接入方式，网络核心等基本概念，并着重介绍互联网分层体系结构中的应用层，传输层，网络层。内容回顾6.1互联网概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网到物联网互联网有哪些基本组件，通过什么方式实现互联互通的呢？本章内容6.1互联网概述：“网络”构成的网络网络终端：服务器个人电脑智能手机……多样的终端设备通过不同的接入方式接入互联网网络接入方式拨号上网：互联网普及初期最常用的有线接入方式，通过调制解调器（Modem）利用当地运营商提供的电话号码拨号接入互联网，是一种低速接入，最高数据传输速率56kbps。DSL：目前运用最广泛的有线接入方式，基于普通电话线的宽带接入技术。上传速率峰值：1Mbps（通常小于1Mbps），下载速率峰值：8Mbps（通常小于2Mbps），速率稳定，带宽独享，与语音服务独立。电力线：利用电力线进行网络数据传输的新型有线接入方式，最高速率14Mbps，结构灵活，适用范围广，成本低。以太网：应用最广泛的局域网通信技术，包括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范围，具有速率高，抗干扰能力强的特点，适用于各类企事业团体，可实现各类高速互联网应用，但一次性布线成本较高。Wi-Fi：最常见的无线接入方式，是一种短距离传输技术，适用于办公室及家庭环境，有11Mbps，54Mbps，300Mbps等速率范围。网络接入方式（续）网络核心：互联网如何提供通信服务？数据交换：将数据从发送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数据电路：circuit特点：即时通讯，服务质量保障可扩展性差，准备时间长分组交换通讯数据单元：分组特点：资源利用率高，信息传输效率高，服务质量无保障多数情况下物联网的服务不必苛求具有延时保障的即时通信能力，因此，高效且低成本的分组交换将成为物联网中数据交换的首选方式。电路交换VS分组交换6.1

互联网概述：网络协议及其分层结构为何需要分层结构？网络规模网络功能互联网一般可划分为5层应用层传输层网络层链路层物理层6.1互联联网网概概述述：：网网络络协协议议及及其其分分层层结结构构应用用层层HTTP，FTP，SMTP，DNS协议议；；数数据据单单元元：：报报文文传输输层层TCP，UDP协议议；；数数据据单单元元：：数数据据段段网络络层层IP，ICMP，GMP协议议；；数数据据单单元元：：数数据据包包链路路层层MAC协议议；；数数据据单单元元：：帧帧物理理层层数据据单单元元：：比比特特6.1互联联网网概概述述6.2应用用层层6.3传输输层层6.4网络络层层6.5从互互联联网网到到物物联联网网应用用层层是是用用户户接接触触最最多多的的一一个个网网络络分分层层，，互互联联网网应应用用层层有有哪哪些些关关键键应应用用？？本章章内内容容应用用程程序序构构架架客户户端端－－服服务务器器模模式式服务务器器直直接接向向所所有有用用户户提提供供服服务务成本本高高，，可可扩扩展展性性差差对等等网网络络模模式式每一一个个网网络络终终端端既既是是资资源源的的使使用用者者也也是是资资源源的的提提供供者者扩展展性性强强，，资资源源利利用用率率高高管理理困困难难，，服服务务不不稳稳定定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cn：服务务器位位于中中国edu：服务务器用用于教教育机机构tsinghua：该web服务器器为清清华大大学所所有域名与与IP地址：：IP是互联联网内内部使使用的的标识识，有有固定定的长长度，，域名名没有有长度度限制制。域名到到IP地址的的转换换：域名系系统6.2应用层层：域域名系系统t分层组织的的DNS（域名名系统统）服服务结结构根域名名系统统服务务器13台根域域名服服务器器一级域域名服服务器器负责如如.com、.edu、.net的一级级域名名负责代代表国国家地地区的的.cn、ca的一级级域名名权威域域名服服务器器服务每每一个个拥有有Web的机构构两种服服务方方式自维护护权威威域名名服务务器第三方方权威威域名名服务务器域名服服务器器共同同协作作完成成域名解解析6.2应用层层：域域名系系统（（续））6.2应用层层：域域名解解析交互式式域名名解析析：逐级询询问当用户户向本本地DNS服务器器请求求解析析时，，若本本地DNS服务器器已持持有所所需域域名对对应IP，则将信息息返回给用用户，否则则从根服务务器开始一一层一层向向下询问，，直到获取取域名对应应IP并返回给用用户。6.2应用层：域域名解析（（续）递归式域名名解析：本地DNS服务器代理理每当一个DNS服务器被查查询一个域域名的IP地址时，如如果该服务务器没有记记录，则该该服务器亲亲自代表询询问者去获获取该域名名的IP地址，直到到得到该信信息。6.1互联网概述述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网到到物联网传输层是网网络终端经经过网络进进行通信时时的第一个个端到端的的层次。传传输层为应应用层程序序或协议建建立起虚拟拟的端到端端传输通路路。本章内容6.3传输层：套套接字套接字：应用程序与与传输层之之间进行通通信的一道道门，使得得当一个网网络终端运运行多个网网络应用程程序是，不不同应用程程序的收发发信息不会会产生混乱乱。套接字需要要IP地址和端口号区别同一终终端上正在在运行的不不同应用程程序。IP地址用于区区别不同终端，端口号用用于区别同一终端上的不同应用程程序。如何在传输输层上建立立端到端的的逻辑连接接？传输层上端端到端的连连接是进程与进程程之间的连接接（不是终终端之间的的连接）所需信息发送端的IP地址：标识识发起者主主机终端发送端的端端口号：标标识发起者者主机具体体进程接收端的IP地址：标识识接收者主主机终端接收端的端端口号：标标识接收者者主机具体体进程传输层协议议UDP协议：提供供没有可靠靠性保证的的数据传递递TCP协议：提供供有可到性性保障的数数据传递6.3传输层：UDP协议UDP协议：用户数据包包协议（UserDatagramProtocol），为传输输层提供简简单的不可可靠的信息息传输服务务。协议特点数据通讯不不需要建立立连接→较小的启动动延迟数据通讯不不需要维护护连接状态态→少量的资源源消耗轻量级的通通讯开销→→较短的数据据包格式应用场合网络络电电话话，网络络视视频频等数数据据包包延延迟迟造造成成的的危危害害通通常常大大于于数数据据包包丢丢失失的的危危害害的的应应用用6.3传输输层层：：TCP协议议TCP协议议：：传输输控控制制协协议议（（TransmissionControlProtocol），，为为上上层层应应用用提提供供可靠靠的、、基于于字字节节流流的传传输输服服务务。。由于于TCP协议议所所基基于于的的网网络络层层协协议议（（IP协议议））不不提提供供可可靠靠传传输输保保障障，，传传输输的的可可靠靠性性完完全全是是由由TCP所包含的各种种机制实现的的。可靠性传输实实现机制数据分割数据编号接收反馈可靠性传输机机制数据分割数据编号接收反馈TCP协议：可靠传传输的实现TCP协议的可靠性性保障机制示示意数据分割三次握手数据传输可靠性传输机机制数据分割数据编号接收反馈TCP协议的建立：：三次握手第一次握手：：由请求者发起起，客户端发发起的第一次次握手报文称称为SYN报文，其中包含发发起者第一个个真正数据报报文的起始编编号。第二次握手：：服务器收到SYN报文后发送给给客户端的确确认信息，称称为SYNACK报文，完成第二次次握手后，服服务器分配网网络资源和带带宽。第三次握手：：由客户端发送送，包含客户户端想从服务务器获取的数数据资源，服服务器收请求求后，TCP连接成功建立立。可靠性传输机机制数据分割数据编号接收反馈TCP协议的特点面向连接的传输：需通通信双方维护护连接的状态态。可靠性传输：确保传传输不出现丢丢失和乱序。。流控制：匹配发送端端和接收端的的速率。拥塞控制：避免网络过过于拥挤，考考虑了不同通通信方之间的的公平性。6.1互联网概述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网到物物联网进行数据通信信时，互联网网内部的互联联互通是通过过什么方式实实现的呢？本章内容6.4网络层：路由由器路由器是网络互联互互通的桥梁路由器通过路由算法选择数据传输输路径路由表：IP地址，端口号号当路由器收到到一个数据包包后会查看该该数据包网络络层包头中接收终端的IP地址，根据路由表表中的信息将将该数据包通通过对应的端口进行转发。目的地址范围端口号11011111000000010001000100000000到11011111000000010001000109999999

11011111000000010001000110000000到11011111000000010001000110000000其他1236.4网络层：IP协议IPv4协议32比特地址分配：由ICANN总体分配，共共5类IPv4地址A类：政府机构构B类：中等规模模的公司和企企业C类：小型的组组织和个人D类和E类：特殊用途途面临的问题数量枯竭问题题→IPv6IPv6协议128比特协议优点:巨大的数量：：可以给每一一粒沙子分配配一个IP地址包头格式做了了进一步改进进，更简洁，，更小的通讯讯延迟安全性的提高高面临的问题与IPv4的兼容问题IPv4如何过渡到IPv6？双栈技术在IPv6设备中加入IPv4协议栈使得设备同时支持两种协议。存在的的问题题：若若通信信过程程中将将IPv6数据包包转换换成IPv4数据包包，则则无法还还原最初的的IPv6数据包包。IPv4如何过过渡到到IPv6？隧道技技术将IPv6数据包包打包为IPv4数据包包构建传输隧道IPv6数据包可以还原6.1互联网概述述6.2应用层6.3传输层6.4网络层6.5从互联网到到物联网物联网是下下一代互联联网吗？本章内容下一代互联联网应具备备的特点：：规模更大：：IPv6逐步取代IPv4，连接更多多的终端和和用户。速度更快：：目标至少100Mbps。安全性更高高：网络安全可可控性，可可管理性增增强。使用更方便便：与移动通信信技术无缝缝配合，用用户不再受受地理位置置限制。6.5下一代互联联网探索CNGI项目项目全称：：China’sNextGenerationInternet，2003年在中国开开展四大突破：：世界上第一一个纯IPv6局域网IPv6源地址认证证互联新体体系自主研发的的IPv4与IPv6的过渡技术术国产IPv6路由器北京建成国国内/国际互联中中心CNGI－6IX实现了6个CNGI主干网络的的高速互联联实现了与北北美，欧洲洲，大洋洲洲等地区的的下一代互互联网高速速互联6.5下一代互联联网探索互联网的延延伸终端多元化化摆脱“人在在上网”的的束缚网络世界和和物理世界界更加紧密密的联系信息获取方方式的多样样化主动获取，，被动告知知感知行