计算机网络基础 I

Size: px

Start display at page:

Download "计算机网络基础 I"

桃霏司
7 years ago
Views:

1 计算机网络基础 I Week 07

2 Internet 组成网络边缘 (Network Edge) 主机 (Hosts), 又称端系统 (End Systems) 常见的例如 :PC 机服务器等网络核心 (Network Core) 路由器 (Routers) 交换机 (Switches) 接入网 (Access Network)/ 物理媒介 (Physical Media) 通讯链路 (Communication Links) 2

3 各司其职网络边缘接受应用程序的报文 (Message) 将报文分割成更小的块 (Chunk), 又称分组 (Packet) 通过传输媒介按位 (Bit) 发送分组网络核心通过传输媒介将分组从一台路由器 / 交换机转发到另一台采用存储转发机制 (Store and Forward), 即接收完整个分组后再转发 3

4 Internet 结构 Network of Networks 端系统通过 Internet 服务提供商 (ISP, Internet Service Provider) 连接到互联网服务提供商可以是大学公司小区等等 ISP 之间必须互相连接 (Interconnect) 4

5 5 Internet 结构

6 Internet 结构全连接的可扩展性 (Scalable) 差, 经济成本高通过全局 ISP(Global ISP) 解决问题蛋糕是不能给一个人吃的, 所以会有多个 Global ISP 竞争电信联通移动铁通 6

7 7 Internet 结构

8 Internet 结构全连接的可扩展性 (Scalable) 差, 经济成本高通过全局 ISP(Global ISP) 解决问题蛋糕是不能给一个人吃的, 所以会有多个 Global ISP 竞争电信联通移动铁通多个 Global ISP 之间通过交换节点 (IXP, Internet Exchange Point) 或对等连接 (Peering Link) 互联互通 8

9 9 Internet 结构

10 Internet 结构更细化的还有地区网络 (Regional Net) 内容服务提供商网络 (Content Provider Network) Google, Microsoft, Alibaba 10

11 延时与丢失网络延时 (Delay) 是由多方面原因造成的传播延时 (Propagation Delay) μs 以光速传播, 从一端到另一端所需要的时间传输延时 (Transmission Delay) μs 从网卡将数据一位一位送到网线上需要的时间队列延时 (Queueing Delay) μs-ms 当入速度大于出速度时, 后面的分组排队等待转出所需要的时间处理延时 (Processing Delay) μs 路由器需要对分组进行处理所需要的时间 11

12 延时与丢失路由器接受分组会存入缓存中等待处理, 当入速度远大于出速度时, 会填满缓冲区, 也就是满队列 (Full Queue) 情况接下来到来的分组将会被路由器丢弃 12

13 分层的网络 Networks are Complex! 分而治之, 将网络分成多层 (Layer), 每一层为上一层提供服务两套标准 (5 层标准 [TCP/IP 标准 ] 7 层标准 [ISO/OSI 标准 ]) 应用层 (Application Layer) 表示层 (Presentation Layer) 会话层 (Session Layer) 传输层 (Transport Layer) 网络层 (Network Layer) 链路层 (Link Layer) 物理层 (Physical Layer) 13

14 分层的实现在网络中, 不同的设备根据功能不同, 将会实现不同的层端系统实现应用层传输层网络层链路层物理层路由器实现网络层链路层物理层交换机实现链路层物理层 14

15 封装每一层为了提供服务, 将会对数据进行打包, 加入信息, 称为封装 (Encapsulation) 应用层的信息称为报文 (Message) 报文经过传输层封装成段 (Segment) 段经过网络层封装成数据报 (Datagram) 数据报经过链路层封装成为帧 (Frame) 15

16 16 封装

17 协议协议 (Protocol) 定义了在网络实体 (Entity) 之间发送和接受消息的格式和顺序以及在传输和接受消息时的动作 17

18 应用层 Application Layer 18

19 应用架构分为 3 类应用架构 (Application Architecture) 客户端 - 服务端架构 (C/S, Client-Server) 包含浏览器 - 服务端架构 (B/S, Browser-Server) 对等架构 (P2P, Peer-To-Peer) 混合架构 (Hybrid) 19

20 客户端 - 服务端架构客户端 (Client) 与服务端连接, 相互之间进行可能的间接连接动态 IP 地址服务端 (Server) 永远在线固定 IP 地址 20

21 对等架构任意的端系统相互之间直接进行连接一个对等体 (Peer) 从另一个对等体获取服务, 同时反馈服务给其他对等体具有自扩展性 (Self scalability), 新对等体可以随时加入 21

22 混合架构通过中央服务器 (Centralized Server) 建立对等连接 QQ, Skype, 中央服务器的作用获取对等体 IP 等 22

23 套接字 IP 和端口应用进程通过套接字 (Socket) 发送和接受消息为了区分消息的来源, 必须用一套标记来标识消息网际协议地址 (IP Address, Internet Protocol Address) 对主机进行区分端口号 (Port) 对应用进程进行区分 23

24 应用层协议应用层协议定义了报文类型 (Type) 报文语法 (Syntax) 报文语义 (Semantic) 公有协议 HTTP, SMTP, FTP, 私有协议 QQ, Skype 24

25 网页网页 (Web Page) 包含了对象 (Object) 文字图片音频视频等网页由超文本标记语言 (HTML, Hypertext Markup Language) 写成, 是一种标记语言所有的对象在网页中都由统一资源定位符 (URL, Universal Resource Locator) 标记主机名 (Host Name) /blog/index.php 路径名 (Path Name) 25

26 超文本传输协议超文本传输协议 (HTTP, Hyper Text Transfer Protocol) 典型的 C/S 模式客户端请求接受显示对象服务端收到请求返回对象版本及文档 HTTP1.1 RFC2616 HTTP2.0 标准制定中无状态协议端口 80 26

27 HTTP 连接分类非持久型 HTTP(Nonpersistent HTTP) 无流水线持久型 HTTP(Persistent HTTP without Pipelining) 流水线持久型 HTTP(Persistent HTTP with Pipelining) 27

28 非持久性 HTTP 一次连接仅发送一个对象, 发送完毕后关闭连接 Step1. 客户端发起建立连接请求 Step3. 客户端发送 HTTP 请求报文 Step6. 客户端解析报文 Step2. 服务端同意请求 Step4 & 5. 服务端返回请求对象关闭连接若发现还需其它对象重复 Step1-6 28

29 持久性 HTTP 一次连接发送多个对象, 发送完毕后关闭连接流水线技术实现一次报文发送多个对象 ( 合并 GET 请求 ) Step1. 客户端发起建立连接请求 Step3. 客户端发送 HTTP 请求报文 Step5. 客户端解析报文 Step2. 服务端同意请求 Step4. 服务端返回请求对象若发现还需其它对象重复 Step3-5 29

30 HTTP 请求报文 Host: User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64; rv:29.0) Gecko/ Firefox/29.0 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/ *;q=0.8 Accept-Language: zh-cn,zh;q=0.8,en-us;q=0.5,en;q=0.3 Accept-Encoding: gzip, deflate Cookie: Hm_lvt_3ee2e212e a339ca6cc9dad4= , , , Connection: keep-alive 30

31 HTTP 请求报文请求栏 ( 请求类型 + 路径名 +HTTP 版本号 ) GET, POST, HEAD, PUT, DELETE Host 所请求访问的主机名 Connection 连接状态 HTTP1.1 中无意义, 默认保持该状态除非指定 Connection: Close Accept 浏览器支持的类型 User-Agent 用户代理 31

32 HTTP 请求报文 Accept-Encoding 浏览器支持的压缩编码格式 Accept-Language 浏览器支持的语言 If-Not-Match 浏览器缓存 ETag 标记 If-Modified-Since 浏览器缓存最后修改日期 32

33 33 HTTP 请求报文

34 HTTP 响应报文 Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate Connection: Keep-Alive Content-Encoding: gzip Content-Length: 4379 Content-Type: text/html; charset=utf-8 Date: Tue, 19 Apr :27:34 GMT Expires: Thu, 19 Nov :52:00 GMT Keep-Alive: timeout=5, max=100 Pragma: no-cache Server: Apache Set-Cookie: PHPSESSID=ja1aimkj2nes9arn7tr570ecb6; path=/ Vary: Accept-Encoding X-Powered-By: PHP/

35 HTTP 响应报文请求栏 (HTTP 版本号 + 状态码 (Status Code)) 200 OK 301 Moved Permanently 400 BadRequest 403 Permission Denied 404 Not Found 505 HTTP Version Not Supported Date 返回时间 ( 标准时 GMT) Server 服务器版本 35

36 Cookies 与会话 HTTP 是无状态的, 为了让他保有状态, 采用了 Cookies 技术和会话 (Session) 技术 Cookie 通过客户端保持状态客户端每次向服务器发送请求时带上 Cookies Session 通过服务端保持状态返回给客户端的只有 Session Id, 通过 Id 寻找 Session 36

37 Web 缓存 ( 代理技术 ) 为了提高网络的性能, 经常会使用缓存技术 (Web Cache) 所有的 HTTP 请求首先发送至缓存服务器, 又称代理服务器 (Proxy Server) 再由缓存服务器向目标请求 37

38 文件传输协议文件传输协议 (FTP, File Transfer Protocol) 文档 RFC 959 状态协议端口

39 带外控制 FTP 采用带外控制机制 (Out Of Band) 分离控制 (Port 21) 和数据 (Port 20) 传输连接 Step1. 用户通过控制连接 (Control Connection) 进行认证 Step2. 认证后通过控制连接发送命令 (Command) Step3. 服务端打开数据连接 (Data Connection) Step4. 服务端关闭连接当文件传输结束 39

40 SMTP Simple Mail Transfer Protocol( 简单邮件传输协议 ) 一个推协议 Step1. 建立 TCP 连接 Step2. 客户端向服务器发送 HELO 命令以标识发件人自己的身份, 然后客户端发送 MAIL 命令 Step3. 服务器端以 OK 作为响应, 表示准备接收 Step4. 客户端发送 RCPT 命令 Step5. 服务器端表示是否愿意为收件人接收邮件 Step6. 协商结束, 发送邮件, 用命令 DATA 发送输入内容 Step7. 结束此次发送, 用 QUIT 命令退出

41 POP3 第三版的邮局协议 POP3 协议默认端口 :110 POP3 协议默认传输协议 :TCP POP3 协议适用的构架结构 :C/S POP3 协议的访问模式 : 离线访问单向通信

42 IMAP 交互邮件访问协议双向通信

43 域名系统域名系统 (DNS, Domain Name System) 用来域名与 IP 之间进行映射 (Map) 主机别名 (Host Aliasing) 邮件服务别名 (Mail Server Aliasing) 负载分配 (Load Distribution) 43

44 分布式与分层的 DNS 为了提高效率和可靠性,DNS 数据库是分布式 (Distributed) 和分层 (Hierarchical) 的本地 DNS 服务器 (Local DNS Server) 根 DNS 服务器 (Root DNS Server) 顶级域名 DNS 服务器 (TLD, Top-Level Domain DNS Server) 权威 DNS 服务器 (Authoritative DNS Server) 44

45 45 迭代式与递归式 DNS

46 DNS 资源记录 DNS 资源记录 (RR, DNS Resource Record) DNS 服务器通过查找 RR 进行服务格式 (name, value, type, TTL) 种类 A(Address) Name: 域名 Value: IP 地址种类 NS(Name Server) Name: 域名 Value: 权威服务器 46

47 DNS 资源记录格式 (name, value, type, TTL) 种类 CNAME(Canonical Name) Name: 域名别名 Value: 域名名称种类 MX(Mail Exchanger) Name: 服务器 Value: 对应 name 的邮件服务器 47

48 OVER

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层