物聯(lián)網(wǎng)導論互聯(lián)網(wǎng)技術在萬物互聯(lián)中的應用

第6章互聯(lián)網(wǎng)內容提要網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎設施之一。物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？為了解決這個問題，首先需要認識互聯(lián)網(wǎng)。本章將介紹互聯(lián)網(wǎng)的基本概念及體系結構。第2-5章介紹了感知識別層多樣化的信息獲取方式自動識別技術與RFID傳感器技術定位系統(tǒng)智能信息設備本章重點介紹互聯(lián)網(wǎng)的組成元素，接入方式，網(wǎng)絡核心等基本概念，并著重介紹互聯(lián)網(wǎng)分層體系結構中的應用層，傳輸層，網(wǎng)絡層。內容回顧6.1互聯(lián)網(wǎng)概述6.2應用層6.3傳輸層6.4網(wǎng)絡層6.5從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)有哪些基本組件，通過什么方式實現(xiàn)互聯(lián)互通的呢？本章內容6.1互聯(lián)網(wǎng)概述：“網(wǎng)絡”構成的網(wǎng)絡網(wǎng)絡終端：服務器個人電腦智能手機……多樣的終端設備通過不同的接入方式接入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡接入方式撥號上網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)普及初期最常用的有線接入方式，通過調制解調器（Modem）利用當?shù)剡\營商提供的電話號碼撥號接入互聯(lián)網(wǎng)，是一種低速接入，最高數(shù)據(jù)傳輸速率56kbps。DSL：目前運用最廣泛的有線接入方式，基于普通電話線的寬帶接入技術。上傳速率峰值：1Mbps（通常小于1Mbps），下載速率峰值：8Mbps（通常小于2Mbps），速率穩(wěn)定，帶寬獨享，與語音服務獨立。電力線：利用電力線進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦陀芯€接入方式，最高速率14Mbps，結構靈活，適用范圍廣，成本低。以太網(wǎng)：應用最廣泛的局域網(wǎng)通信技術，包括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范圍，具有速率高，抗干擾能力強的特點，適用于各類企事業(yè)團體，可實現(xiàn)各類高速互聯(lián)網(wǎng)應用，但一次性布線成本較高。Wi-Fi：最常見的無線接入方式，是一種短距離傳輸技術，適用于辦公室及家庭環(huán)境，有11Mbps，54Mbps，300Mbps等速率范圍。網(wǎng)絡接入方式（續(xù)）網(wǎng)絡核心：互聯(lián)網(wǎng)如何提供通信服務？數(shù)據(jù)交換：將數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说倪^程網(wǎng)絡設計中的核心問題：如何進行數(shù)據(jù)傳輸？數(shù)據(jù)交換電路交換分組交換報文交換數(shù)據(jù)報虛電路電路交換數(shù)據(jù)電路：circuit特點：即時通訊，服務質量保障可擴展性差，準備時間長分組交換通訊數(shù)據(jù)單元：分組特點：資源利用率高，信息傳輸效率高，服務質量無保障多數(shù)情況下物聯(lián)網(wǎng)的服務不必苛求具有延時保障的即時通信能力，因此，高效且低成本的分組交換將成為物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)交換的首選方式。電路交換VS分組交換6.1

互聯(lián)網(wǎng)概述：網(wǎng)絡協(xié)議及其分層結構為何需要分層結構？網(wǎng)絡規(guī)模網(wǎng)絡功能互聯(lián)網(wǎng)一般可劃分為5層應用層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層6.1互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)概概述述：：網(wǎng)網(wǎng)絡絡協(xié)協(xié)議議及及其其分分層層結結構構應用用層層HTTP，F(xiàn)TP，SMTP，DNS協(xié)議議；；數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)單單元元：：報報文文傳輸輸層層TCP，UDP協(xié)議議；；數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)單單元元：：數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)段段網(wǎng)絡絡層層IP，ICMP，GMP協(xié)議議；；數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)單單元元：：數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)包包鏈路路層層MAC協(xié)議議；；數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)單單元元：：幀幀物理理層層數(shù)據(jù)據(jù)單單元元：：比比特特6.1互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)概概述述6.2應用用層層6.3傳輸輸層層6.4網(wǎng)絡絡層層6.5從互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)到到物物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應用用層層是是用用戶戶接接觸觸最最多多的的一一個個網(wǎng)網(wǎng)絡絡分分層層，，互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應應用用層層有有哪哪些些關關鍵鍵應應用用？？本章章內內容容應用用程程序序構構架架客戶戶端端－－服服務務器器模模式式服務務器器直直接接向向所所有有用用戶戶提提供供服服務務成本本高高，，可可擴擴展展性性差差對等等網(wǎng)網(wǎng)絡絡模模式式每一一個個網(wǎng)網(wǎng)絡絡終終端端既既是是資資源源的的使使用用者者也也是是資資源源的的提提供供者者擴展展性性強強，，資資源源利利用用率率高高管理理困困難難，，服服務務不不穩(wěn)穩(wěn)定定6.2應用層：：應用程程序構架架應用層描述業(yè)務邏輯輯，包括應用流程程、程序狀態(tài)態(tài)、數(shù)據(jù)內容容和形式式Web包含的三三個重要要概念超文本超媒體超文本傳傳輸協(xié)議議（HTTP）Web的特點圖形化界界面終端的獨獨立性交互性和和動態(tài)性性6.2應用層：：Web和HTTP協(xié)議HTTP超文本超媒體6.2應用層：：Web和HTTP協(xié)議域名：Web服務器在在網(wǎng)絡上上的唯一標識（標標識作用用）用來在網(wǎng)網(wǎng)絡中定位一臺Web服務器的的標識（（定位作作用）域名一般般具有可可以直接接理解的的語義信息，如如cn：服務務器位位于中中國edu：服務務器用用于教教育機機構tsinghua：該web服務器器為清清華大大學所所有域名與與IP地址：：IP是互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)內內部使使用的的標識識，有有固定定的長長度，，域名名沒有有長度度限制制。域名到到IP地址的的轉換換：域名系系統(tǒng)6.2應用層層：域域名系系統(tǒng)t分層組織的的DNS（域名名系統(tǒng)統(tǒng)）服服務結結構根域名名系統(tǒng)統(tǒng)服務務器13臺根域域名服服務器器一級域域名服服務器器負責如如.com、.edu、.net的一級級域名名負責代代表國國家地地區(qū)的的.cn、ca的一級級域名名權威域域名服服務器器服務每每一個個擁有有Web的機構構兩種服服務方方式自維護護權威威域名名服務務器第三方方權威威域名名服務務器域名服服務器器共同同協(xié)作作完成成域名解解析6.2應用層層：域域名系系統(tǒng)（（續(xù)））6.2應用層層：域域名解解析交互式式域名名解析析：逐級詢詢問當用戶戶向本本地DNS服務器器請求求解析析時，，若本本地DNS服務器器已持持有所所需域域名對對應IP，則將信息息返回給用用戶，否則則從根服務務器開始一一層一層向向下詢問，，直到獲取取域名對應應IP并返回給用用戶。6.2應用層：域域名解析（（續(xù)）遞歸式域名名解析：本地DNS服務器代理理每當一個DNS服務器被查查詢一個域域名的IP地址時，如如果該服務務器沒有記記錄，則該該服務器親親自代表詢詢問者去獲獲取該域名名的IP地址，直到到得到該信信息。6.1互聯(lián)網(wǎng)概述述6.2應用層6.3傳輸層6.4網(wǎng)絡層6.5從互聯(lián)網(wǎng)到到物聯(lián)網(wǎng)傳輸層是網(wǎng)網(wǎng)絡終端經(jīng)經(jīng)過網(wǎng)絡進進行通信時時的第一個個端到端的的層次。傳傳輸層為應應用層程序序或協(xié)議建建立起虛擬擬的端到端端傳輸通路路。本章內容6.3傳輸層：套套接字套接字：應用程序與與傳輸層之之間進行通通信的一道道門，使得得當一個網(wǎng)網(wǎng)絡終端運運行多個網(wǎng)網(wǎng)絡應用程程序是，不不同應用程程序的收發(fā)發(fā)信息不會會產(chǎn)生混亂亂。套接字需要要IP地址和端口號區(qū)別同一終終端上正在在運行的不不同應用程程序。IP地址用于區(qū)區(qū)別不同終端，端口號用用于區(qū)別同一終端上的不同應用程程序。如何在傳輸輸層上建立立端到端的的邏輯連接接？傳輸層上端端到端的連連接是進程與進程程之間的連接接（不是終終端之間的的連接）所需信息發(fā)送端的IP地址：標識識發(fā)起者主主機終端發(fā)送端的端端口號：標標識發(fā)起者者主機具體體進程接收端的IP地址：標識識接收者主主機終端接收端的端端口號：標標識接收者者主機具體體進程傳輸層協(xié)議議UDP協(xié)議：提供供沒有可靠靠性保證的的數(shù)據(jù)傳遞遞TCP協(xié)議：提供供有可到性性保障的數(shù)數(shù)據(jù)傳遞6.3傳輸層：UDP協(xié)議UDP協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)包包協(xié)議（UserDatagramProtocol），為傳輸輸層提供簡簡單的不可可靠的信息息傳輸服務務。協(xié)議特點數(shù)據(jù)通訊不不需要建立立連接→較小的啟動動延遲數(shù)據(jù)通訊不不需要維護護連接狀態(tài)態(tài)→少量的資源源消耗輕量級的通通訊開銷→→較短的數(shù)據(jù)據(jù)包格式應用場合網(wǎng)絡絡電電話話，網(wǎng)絡絡視視頻頻等數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)包包延延遲遲造造成成的的危危害害通通常常大大于于數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)包包丟丟失失的的危危害害的的應應用用6.3傳輸輸層層：：TCP協(xié)議議TCP協(xié)議議：：傳輸輸控控制制協(xié)協(xié)議議（（TransmissionControlProtocol），，為為上上層層應應用用提提供供可靠靠的、、基于于字字節(jié)節(jié)流流的傳傳輸輸服服務務。。由于于TCP協(xié)議議所所基基于于的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡層層協(xié)協(xié)議議（（IP協(xié)議議））不不提提供供可可靠靠傳傳輸輸保保障障，，傳傳輸輸?shù)牡目煽煽靠啃孕酝晖耆鞘怯捎蒚CP所包含的各種種機制實現(xiàn)的的。可靠性傳輸實實現(xiàn)機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋可靠性傳輸機機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋TCP協(xié)議：可靠傳傳輸?shù)膶崿F(xiàn)TCP協(xié)議的可靠性性保障機制示示意數(shù)據(jù)分割三次握手數(shù)據(jù)傳輸可靠性傳輸機機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋TCP協(xié)議的建立：：三次握手第一次握手：：由請求者發(fā)起起，客戶端發(fā)發(fā)起的第一次次握手報文稱稱為SYN報文，其中包含發(fā)發(fā)起者第一個個真正數(shù)據(jù)報報文的起始編編號。第二次握手：：服務器收到SYN報文后發(fā)送給給客戶端的確確認信息，稱稱為SYNACK報文，完成第二次次握手后，服服務器分配網(wǎng)網(wǎng)絡資源和帶帶寬。第三次握手：：由客戶端發(fā)送送，包含客戶戶端想從服務務器獲取的數(shù)數(shù)據(jù)資源，服服務器收請求求后，TCP連接成功建立立?？煽啃詡鬏敊C機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋TCP協(xié)議的特點面向連接的傳輸：需通通信雙方維護護連接的狀態(tài)態(tài)。可靠性傳輸：確保傳傳輸不出現(xiàn)丟丟失和亂序。。流控制：匹配發(fā)送端端和接收端的的速率。擁塞控制：避免網(wǎng)絡過過于擁擠，考考慮了不同通通信方之間的的公平性。6.1互聯(lián)網(wǎng)概述6.2應用層6.3傳輸層6.4網(wǎng)絡層6.5從互聯(lián)網(wǎng)到物物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信信時，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)內部的互聯(lián)聯(lián)互通是通過過什么方式實實現(xiàn)的呢？本章內容6.4網(wǎng)絡層：路由由器路由器是網(wǎng)絡互聯(lián)互互通的橋梁路由器通過路由算法選擇數(shù)據(jù)傳輸輸路徑路由表：IP地址，端口號號當路由器收到到一個數(shù)據(jù)包包后會查看該該數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡絡層包頭中接收終端的IP地址，根據(jù)路由表表中的信息將將該數(shù)據(jù)包通通過對應的端口進行轉發(fā)。目的地址范圍端口號11011111000000010001000100000000到11011111000000010001000109999999

11011111000000010001000110000000到11011111000000010001000110000000其他1236.4網(wǎng)絡層：IP協(xié)議IPv4協(xié)議32比特地址分配：由ICANN總體分配，共共5類IPv4地址A類：政府機構構B類：中等規(guī)模模的公司和企企業(yè)C類：小型的組組織和個人D類和E類：特殊用途途面臨的問題數(shù)量枯竭問題題→IPv6IPv6協(xié)議128比特協(xié)議優(yōu)點:巨大的數(shù)量：：可以給每一一粒沙子分配配一個IP地址包頭格式做了了進一步改進進，更簡潔，，更小的通訊訊延遲安全性的提高高面臨的問題與IPv4的兼容問題IPv4如何過渡到IPv6？雙棧技術在IPv6設備中加入IPv4協(xié)議棧使得設備同時支持兩種協(xié)議。存在的的問題題：若若通信信過程程中將將IPv6數(shù)據(jù)包包轉換換成IPv4數(shù)據(jù)包包，則則無法還還原最初的的IPv6數(shù)據(jù)包包。IPv4如何過過渡到到IPv6？隧道技技術將IPv6數(shù)據(jù)包包打包為IPv4數(shù)據(jù)包包構建傳輸隧道IPv6數(shù)據(jù)包可以還原6.1互聯(lián)網(wǎng)概述述6.2應用層6.3傳輸層6.4網(wǎng)絡層6.5從互聯(lián)網(wǎng)到到物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是下下一代互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)嗎？本章內容下一代互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)應具備備的特點：：規(guī)模更大：：IPv6逐步取代IPv4，連接更多多的終端和和用戶。速度更快：：目標至少100Mbps。安全性更高高：網(wǎng)絡安全可可控性，可可管理性增增強。使用更方便便：與移動通信信技術無縫縫配合，用用戶不再受受地理位置置限制。6.5下一代互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)探索CNGI項目項目全稱：：China’sNextGenerationInternet，2003年在中國開開展四大突破：：世界上第一一個純IPv6局域網(wǎng)IPv6源地址認證證互聯(lián)新體體系自主研發(fā)的的IPv4與IPv6的過渡技術術國產(chǎn)IPv6路由器北京建成國國內/國際互聯(lián)中中心CNGI－6IX實現(xiàn)了6個CNGI主干網(wǎng)絡的的高速互聯(lián)聯(lián)實現(xiàn)了與北北美，歐洲洲，大洋洲洲等地區(qū)的的下一代互互聯(lián)網(wǎng)高速速互聯(lián)6.5下一代互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)探索互聯(lián)網(wǎng)的延延伸終端多元化化擺脫“人在在上網(wǎng)”的的束縛網(wǎng)絡世界和和物理世界界更加緊密密的聯(lián)系信息獲取方方式的多樣樣化主動獲取，，被動告知知感知行