1、物聯網技術導論物聯網技術導論Introduction to Internet of Things第第6章章 互聯網互聯網主講：尹小燕主講：尹小燕Email：Based on the course slides of 物聯網導論，劉云浩編著，科學出版社西北大學西北大學/ 信息科學與技術學院信息科學與技術學院/網絡與信息安全實驗室網絡與信息安全實驗室 中意大型遺址智能感知聯合實驗室中意大型遺址智能感知聯合實驗室/2012年年8月月1日日內容提要互聯網技術為物聯網技術提供應用平臺和技術支撐。本章將介紹互聯網的相關概念以及具體的網絡協議。第4章介紹了位置信息的概念，重點介紹典型的定位系統（衛星定位，蜂

2、窩基站定位，無線室內環境定位，新興定位系統）以及三種常見的定位技術。內容回顧本章將介紹互聯網的接入方式、數據交換模式、網絡分層結構、具體的應用層、傳輸層與網絡層協議。6.1 互聯網概述互聯網概述6.2 應用層6.3 傳輸層6.4 網絡層本章內容互聯網概述 互聯網，即廣域網、局域網及單機按照一定的通訊協議組成的國際計算機網絡。互聯網是指將兩臺計算機或者是兩臺以上的計算機終端、客戶端、服務端通過計算機信息技術的手段互相聯系起來的結果，人們可以與遠在千里之外的朋友相互發送郵件、共同完成一項工作、共同娛樂。 Internet的發展歷史 七十年代：以試驗網絡為主 X.25 分組交換網：各國的電信部門建設

3、運行 各種專用的網絡體系結構：SNA，DNA Internet 的前身ARPANET進行實驗運行 八十年代：以學術網絡為主 標準化計算機網絡體系結構：OSI 局部網絡 LAN 技術空前發展 建成NSFNET，Internet 初具規模 九十年代：以商業網絡為主 Internet空前發展 Web技術在Internet/Intranet 得到廣泛應用Internet技術概覽 “基礎設施”，“軟件技術”和“網上服務”(或者“網上業務”)。粗略些講，它們是“硬件”、“軟件”和“信息”。它們分別對應英文詞“infrastructure”, “technologies and facilities”和“s

4、ervices”。 基礎設施 基礎設施包含因特網賴以運行的基本硬件環境和最具有公用意義的支撐軟件。 1.各種各樣的(網絡)線路 2. 中介設備(交換和路由設備) 3. 終端設備 4. 基礎環境中的軟件 域名服務域名服務 目錄服務目錄服務 分布計算環境分布計算環境(DCE)(DCE) Internet技術概覽網絡接入方式 電話線撥號（PSTN） 普遍的窄帶接入方式。即通過電話線，利用當地運營商提供的接入號碼，撥號接入互聯網,速率不超過56Kbps。特點是使用方便，只需有效的電話線及自帶MODEM的PC就可完成接入。 可應用在一些低速率的網絡應用（如網頁瀏覽查詢，聊天，EMAIL等），主要適合于臨

5、時性接入或無其他寬帶接入場所的使用。缺點是速率低，無法實現一些高速率要求的網絡服務，其次是費用較高（接入費用由電話通信費和網絡使用費組成）。 網上服務 1 信息服務 2. 交易服務（商貿服務） 3. 協作服務 （交互式遠程教育，視話會議，群組工作等都是合作的例子 ）一線通（ISDN） ISDN（Integrated Service Digital Network），中文名稱是綜合業務數字網，中國電信將其俗稱為“一線通”。 它是八十年代末在國際上興起的新型通信方式。同樣的一對普通電話線原來只能接一部電話機，所以原來的撥號上網就意味著這個時候不能打電話。而申請了ISDN后，通過一個稱為NT的轉換盒

6、，就可以同時使用數個終端，您可一面在INTERNET網上沖浪，一面打電話或進行其它數據通信。雖然仍是普通電話線，NT的轉換盒提供給用戶的卻是兩個標準的64KB/S數字信道，即所謂的2B+D接口。一個TA口接電話機，一個NT口接電腦。它允許的最大傳輸速率是128KB/S，是普通MODEM的三至四倍，所以，它的普及從某種意義上講是對傳統通信觀念的重大革新。裝機與通信費用與普通電話相近，近一兩年才在國內主要城市開通業務，同樣可到電信局的營業網點申請，當然也就成為目前撥號上網的首先方式。 ADSL 主要是以ADSL/ADSL2+接入方式為主，是目前運用最廣泛的銅線接入方式。ADSL可直接利用現有的電話

7、線路，通過ADSLMODEM后進行數字信息傳輸。理論速率可達到8Mbps的下行和1Mbps的上行，傳輸距離可達45公里。ADSL2+速率可達24Mbps下行和1Mbps上行。另外，最新的VDSL2技術可以達到上下行各100Mbps的速率。特點是速率穩定、帶寬獨享、語音數據不干擾等。適用于家庭，個人等用戶的大多數網絡應用需求，滿足一些寬帶業務包括IPTV、視頻點播（VOD），遠程教學，可視電話，多媒體檢索，LAN互聯，Internet接入等。 WiFi （Wireless Fidelity） 是一種有線接入的延伸技術，使用無線射頻(RF)技術越空收發數據，減少使用電線連接，因此無線網絡系統既可達

8、到建設計算機網絡系統的目的，又可讓設備自由安排和搬動。在公共開放的場所或者企業內部，無線網絡一般會作為已存在有線網絡的一個補充方式，裝有無線網卡的計算機通過無線手段方便接入互聯網。 數據交換方式計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型計算機網絡的類型OSI模型OSI七層模型與TCP/IP五層模型分層的好處 1.易于功能實現易于功能實現 將互聯網功能細化，在特定的分層

9、上實現一些特定的功能； 2.易于解決問題易于解決問題 問題解決集中化； 3.在各層間標準化接口，允許不同的產品只提供各層功能的一部分，（如路由器在一到三層），或者只提供協議功能的一部分。（如Win95中的Microsoft TCP/IP） 4. 創建更好集成的環境。 5. 減少復雜性，允許更容易編程改變或快速評估。 6. 用各層的headers和trailers排錯。 7.較低的層為較高的層提供服務。應用層 應用層是開放系統的最高層,是直接為應用進程提供服務的。其作用是在實現多個系統應用進程相互通信的同時,完成一系列業務處理所需的服務. 應用層是人與機器交互的橋梁，描述了應用程序設計的一些基本

10、原則。 應用層描述業務邏輯，包括應用流程、程序狀態、數據內容和形式等。即應用層定義了為了完成一個特定功能，應如何將什么樣的數據發送到哪里。應用程序框架客戶端-服務器模式 對等網絡模式P2P的特點非中心化非中心化（Decentralization）：網絡中的資源和服務分散在所有結點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在結點之間進行，可以無需中間環節和服務器的介入，避免了可能的瓶頸。P2P的非中心化基本特點，帶來了其在可擴展性、健壯性等方面的優勢。 可擴展性可擴展性：在P2P網絡中，隨著用戶的加入，不僅服務的需求增加了，系統整體的資源和服務能力也在同步地擴充，始終能較容易地滿足用戶的需要。整個體系是全

11、分布的，不存在瓶頸。理論上其可擴展性幾乎可以認為是無限的。 健壯性健壯性：P2P架構天生具有耐攻擊、高容錯的優點。由于服務是分散在各個結點之間進行的，部分結點或網絡遭到破壞對其它部分的影響很小。P2P網絡一般在部分結點失效時能夠自動調整整體拓撲，保持其它結點的連通性。P2P網絡通常都是以自組織的方式建立起來的，并允許結點自由地加入和離開。P2P網絡還能夠根據網絡帶寬、結點數、負載等變化不斷地做自適應式的調整。 高性能高性能/價格比價格比：性能優勢是P2P被廣泛關注的一個重要原因。隨著硬件技術的發展，個人計算機的計算和存儲能力以及網絡帶寬等性能依照摩爾定理高速增長。采用P2P架構可以有效地利用互

12、聯網中散布的大量普通結點，將計算任務或存儲資料分布到所有結點上。利用其中閑置的計算能力或存儲空間，達到高性能計算和海量存儲的目的。通過利用網絡中的大量空閑資源，可以用更低的成本提供更高的計算和存儲能力。 隱私保護隱私保護: 在P2P網絡中，由于信息的傳輸分散在各節點之間進行而無需經過某個集中環節，用戶的隱私信息被竊聽和泄漏的可能性大大縮小。此外，目前解決Internet隱私問題主要采用中繼轉發的技術方法，從而將通信的參與者隱藏在眾多的網絡實體之中。在傳統的一些匿名通信系統中，實現這一機制依賴于某些中繼服務器節點。而在P2P中，所有參與者都可以提供中繼轉發的功能，因而大大提高了匿名通訊的靈活性和

13、可靠性，能夠為用戶提供更好的隱私保護。 負載均衡負載均衡: P2P 網絡環境下由于每個節點既是服務器又是客戶機，減少了對傳統C/S結構服務器計算能力、存儲能力的要求，同時因為資源分布在多個節點，更好的實現了整個網絡的負載均衡。 WWW發展歷史WWW思想,1989,CERN； 3月歐洲粒子物理實驗室CERN首先提出WWW的概念；TIM BERNERS-LEE 1990年11月一個WWW應用軟件問世；產生了第一個原型，并在美國的超文本 91會議上展示；1993年研制出第一個通用圖形化WWW瀏覽器Mosaic；1994年Andrrssen創建NETSCAPE公司，開發WEB的客戶和服務器軟件；同年，

14、CERN和MIT共同創建WWW論壇，制定相關的協議標準，;95年Netscape公司開發出 Netscape Navigator 瀏覽器；隨后，Microsoft公司推出Internet Explorer；HTML，JAVA，VRML等新規范、新技術不斷推出。 Web是運行在Internet之上的所有HTTP服務器軟件和它們所管理的對象（及其作用）的集合。 對象：實際上包括了Web Page/Web 文檔和程序。 程序可以動態生成Web 文檔WWW超文本 Hypertext超媒體 Hypermedia文本圖像聲音超文本標記語言 HTML(Hyper Text M

15、arkup Language) 服務器方信息資源制作和客戶瀏覽器方信息屏幕呈現而約服務器方信息資源制作和客戶瀏覽器方信息屏幕呈現而約定的一種具有超文本形式的格式化語言。定的一種具有超文本形式的格式化語言。 信息制作者用信息制作者用HTMLHTML定義文本的編排格式，定義相關信息定義文本的編排格式，定義相關信息的超文本、超媒體鏈接指針。的超文本、超媒體鏈接指針。 每個每個WWWWWW服務器所包含的信息資源都可以看作是用服務器所包含的信息資源都可以看作是用HTMLHTML格式書寫的文檔（頁面）。格式書寫的文檔（頁面）。 瀏覽器讀取服務器的信息資源，按照瀏覽器讀取服務器的信息資源，按照HTMLHTM

16、L語言定義的格語言定義的格式呈現信息，便于用戶瀏覽式呈現信息，便于用戶瀏覽主頁 Home Page WWWWWW服務器為自己所包含的信息而建立的一個具服務器為自己所包含的信息而建立的一個具有封面和目錄效果的一頁有封面和目錄效果的一頁HTMLHTML文檔；文檔； 點明信息資源的主題，列出所含信息的子標題，反點明信息資源的主題，列出所含信息的子標題，反映信息內容的層次結構，并由指針鏈接下一層次的映信息內容的層次結構，并由指針鏈接下一層次的頁面；頁面； 是信息制作者建立的信息源頭是信息制作者建立的信息源頭。 （藝術效果）（藝術效果）統一資源定位器URL URL（Uniform Resource Lo

17、cator）概念）概念 利用利用WWW獲取信息須指明信息所在位置，獲取信息須指明信息所在位置， URL是對信息進行定位的通用資源訪問地址。是對信息進行定位的通用資源訪問地址。 URL 地址格式：地址格式： 應用協議類型：應用協議類型：/信息資源所在的主機名信息資源所在的主機名/路徑名路徑名/文件文件名名 例例 http:/ ftp:/ http:/ 體系結構 Web是一種體系結構，是一種基于是一種體系結構，是一種基于Internet、采用、采用Internet協議的體系結構。它包含如下幾層意思：協議的體系結構。它包含如下幾層意思：（1 1）Web 是是Internet 提供的一種服務。提供的一

18、種服務。（2 2）Web是存儲在全世界是存儲在全世界Internet計算機中、數量巨大計算機中、數量巨大的文檔的集合。的文檔的集合。（3 3）Web上的海量信息是由彼此關聯的文檔組成的。這上的海量信息是由彼此關聯的文檔組成的。這些文檔稱為主頁（些文檔稱為主頁（Home Page）或頁面（）或頁面（Page）。）。（4 4）Web的內容保存在的內容保存在Web站點（站點（Web 服務器）中，用服務器）中，用戶可通過瀏覽器（戶可通過瀏覽器（Browser）訪問）訪問Web站點站點HTTP協議 HTTP協議（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協議）是用于從WWW服務器

19、傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協議。它可以使瀏覽器更加高效，使網絡傳輸減少。它不僅保證計算機正確快速地傳輸超文本文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示(如文本先于圖形)等。在TCP/IP協議棧中的位置 HTTP的請求響應模型 工作流程 一次一次HTTPHTTP操作稱為一個事務，其工作過程可分為四步：操作稱為一個事務，其工作過程可分為四步：1 1）首先客戶機與服務器需要建立連接。只要單擊某個超級鏈）首先客戶機與服務器需要建立連接。只要單擊某個超級鏈接，接，HTTPHTTP的工作開始。的工作開始。2 2）建立連接后，客戶機發送一個請求給服務器，請求方式的）建立連接后，客戶機發送一個

20、請求給服務器，請求方式的格式為：統一資源標識符（格式為：統一資源標識符（URLURL）、協議版本號，后邊是）、協議版本號，后邊是MIMEMIME信信息包括請求修飾符、客戶機信息和可能的內容。息包括請求修飾符、客戶機信息和可能的內容。3 3）服務器接到請求后，給予相應的響應信息，其格式為一個）服務器接到請求后，給予相應的響應信息，其格式為一個狀態行，包括信息的協議版本號、一個成功或錯誤的代碼，后狀態行，包括信息的協議版本號、一個成功或錯誤的代碼，后邊是邊是MIMEMIME信息包括服務器信息、實體信息和可能的內容。信息包括服務器信息、實體信息和可能的內容。4 4）客戶端接收服務器所返回的信息通過瀏

21、覽器顯示在用戶的）客戶端接收服務器所返回的信息通過瀏覽器顯示在用戶的顯示屏上，然后客戶機與服務器斷開連接。顯示屏上，然后客戶機與服務器斷開連接。域名系統 交互式域名解析 遞歸式域名解析傳輸層 傳輸層為應用層的程序或協議建立起了一條虛擬的端到端的傳輸通路。TCP/IP數據包格式TCP（Transmission Control Protocol）協議TCP協議的特點1.面向連接的傳輸2.可靠性傳輸3.流控制4.擁塞控制UDP （User Datagram Protocol）協議UDP協議的特點1.數據通信不需要建立連接2.數據通信不需要維護連接狀態3.輕量級的通信開銷網絡層IP協議Internet

22、 Protocol（網絡之間互連的協議） 中文簡稱為“網協”，也就是為計算機網絡相互連接進行通信而設計的協議。在因特網中，它是能使連接到網上的所有計算機網絡實現相互通信的一套規則，規定了計算機在因特網上進行通信時應當遵守的規則。任何廠家生產的計算機系統，只要遵守 IP協議就可以與因特網互連互通。 IP地址 IP協議中還有一個非常重要的內容，那就是給因特網上的每臺計算機和其它設備都規定了一個唯一的地址，叫做“IP 地址”。由于有這種唯一的地址，才保證了用戶在連網的計算機上操作時，能夠高效而且方便地從千千萬萬臺計算機中選出自己所需的對象來。現在電信網正在與 IP網走向融合，以IP為基礎的新技術是熱

23、門的技術，如用IP網絡傳送話音的技術（即VoIP）就很熱門，其它如IP over ATM、IPover SDH、IP over WDM等等，都是IP技術的研究重點。 IP地址分成了網絡號和主機號兩部分，設計者就必須決定每部分包含多少位。網絡號的位數直接決定了可以分配的網絡數（計算方法2網絡號位數）；主機號的位數則決定了網絡中最大的主機數（計算方法2主機號位數-2）。然而，由于整個互聯網所包含的網絡規模可能比較大，也可能比較小，設計者最后聰明的選擇了一種靈活的方案：將IP地址空間劃分成不同的類別，每一類具有不同的網絡號位數和主機號位數。 IPV4 地址 按照TCP/IP（Transport Co

24、ntrol Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/Internet協議）協議規定，IP地址用二進制來表示，每個IP地址長32bit，比特換算成字節，就是4個字節。例如一個采用二進制形式的IP地址是一串很長的數字，人們處理起來也太費勁了。為了方便人們的使用，IP地址經常被寫成十進制的形式，中間使用符號“.”分開不同的字節。如“”。IP地址的這種表示法叫做“點分十進制表示法”，這顯然比1和0容易記憶得多。 IP地址分為五類，A類保留給政府機構，B類分配給中等規模的公司，C類分配給任何需要的人，D類用于組播，E類用于實驗，各類可容納的地址數目不同。 A、

25、B、C三類IP地址的特征：當將IP地址寫成二進制形式時，A類地址的第一位總是0，B類地址的前兩位總是10，C類地址的前三位總是110。 A類地址（1）A類地址第1字節為網絡地址，其它3個字節為主機地址。它的第1個字節的第一位固定為0.（2）A類地址范圍：-55（3）A類地址中的私有地址和保留地址： 10.X.X.X是私有地址（所謂的私有地址就是在互聯網上不使用，而被用在局域網絡中的地址）。范圍（-55） 127.X.X.X是保留地址，用做循環測試用的。 B類地址（1） B類地址第1字節和第2字節為網絡地址，其它2個字節為主機地址。它的第1個字節的前兩位固定為10.（2） B類地址范圍：-55。（3） B類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地址是自動獲取IP地址，而你在網絡上又沒有找到可用的DHCP服務器。就會得到其中一個IP。55是廣播地址，不能分配。 C類地址（1）C類地址第1字節、第2字節和第3個字節為網絡地址，第4個字節為主機地址