物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論 -課件 俞武嘉 第9、10章 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的計算模式

物聯(lián)網(wǎng)

技術(shù)導(dǎo)論數(shù)字經(jīng)濟系列教材第

9

章

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)

技術(shù)導(dǎo)論019.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述029.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議簇目錄CONTENTS039.3互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)概念簡單的計算機網(wǎng)絡(luò)節(jié)點鏈路圖例計算機集線器網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)由若干節(jié)點(node)和連接這些節(jié)點的鏈路(link)組成的集合。節(jié)點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)概念由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互連網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)圖例計算機集線器路由器網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)(internetwork或internet)多個網(wǎng)絡(luò)通過一些路由器相互連接起來，構(gòu)成了一個覆蓋范圍更大的計算機網(wǎng)絡(luò)?！熬W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)?；ヂ?lián)網(wǎng)/因特網(wǎng)(Internet)指基于ARPANet發(fā)展起來的，以TCP/IP協(xié)議族為主要技術(shù)特征的，當(dāng)今世界覆蓋范圍最大的公用計算機互連網(wǎng)。9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述最早的Internet，是由美國國防部高級研究計劃局（ARPA）建立的?，F(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的許多概念和方法，如分組交換技術(shù)都來自ARPAnet。ARPAnet不僅進行了租用線互聯(lián)的分組交換技術(shù)研究，而且做了無線、衛(wèi)星網(wǎng)的分組交換技術(shù)研究-其結(jié)果導(dǎo)致了TCP/IP問世。1977-1979年，ARPAnet推出了目前形式的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議。1980年前后ARPAnet上的所有計算機開始了TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換工作，并以ARPAnet為主干網(wǎng)建立了初期的Internet。1983年，ARPAnet的全部計算機完成了向TCP/IP的轉(zhuǎn)換，并在UNIX（BSD4.1）上實現(xiàn)了TCP/IP。ARPAnet在技術(shù)上最大的貢獻就是TCP/IP協(xié)議的開發(fā)和應(yīng)用。2個著名的科學(xué)教育網(wǎng)CSNET和BITNET先后建立。1984年，美國國家科學(xué)基金會NSF規(guī)劃建立了13個國家超級計算中心及國家教育科技網(wǎng)。隨后替代了ARPAnet的骨干地位。1988年Internet開始對外開放。1991年6月，在連通Internet的計算機中，商業(yè)用戶首次超過了學(xué)術(shù)界用戶，這是Internet發(fā)展史上的一個里程碑，從此Internet成長速度一發(fā)不可收拾。計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概要9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.

以數(shù)據(jù)通信為主的第一代計算機網(wǎng)絡(luò)1954年，美國軍方的半自動地面防空系統(tǒng)將遠(yuǎn)距離的雷達和測控儀器所探測到的信號，通過通信線路匯集到某個基地的一臺IBM計算機上進行集中的信息處理，再將處理好的數(shù)據(jù)通過通信線路送回到各自的終端設(shè)備。這種以單個計算機為中心、面向終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格來講，是一種聯(lián)機系統(tǒng)，只是計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形，我們一般稱之為第一代計算機網(wǎng)絡(luò)。2.

以資源共享為主的第二代計算機網(wǎng)絡(luò)美國國防部高級研究計劃局(ARPA)于1968年主持研制，次年將分散在不同地區(qū)的4臺計算機連接起來，建成了ARPA網(wǎng)。ARPA網(wǎng)的建成標(biāo)志著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進入了第二代，它也是Internet的前身第二代計算機網(wǎng)絡(luò)是以分組交換網(wǎng)為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)，它與第一代計算機網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別在于：網(wǎng)絡(luò)中通信雙方都是具有自主處理能力的計算機，而不是終端機；計算機網(wǎng)絡(luò)功能以資源共享為主，而不是以數(shù)據(jù)通信為主。計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述3.體系標(biāo)準(zhǔn)化的第三代計算機網(wǎng)絡(luò)隨著社會的發(fā)展,需要各種不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)，但是由于不同體系的網(wǎng)絡(luò)很難互聯(lián)，因此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)在1977年設(shè)立了一個分委員會，專門研究網(wǎng)絡(luò)通信的體系結(jié)構(gòu)。1983年，該委員會提出的開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI)各層的協(xié)議被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)，給網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了一個可共同遵守的規(guī)則，從此計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展走上了標(biāo)準(zhǔn)化的道路，因此我們把體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的計算機網(wǎng)絡(luò)稱為第三代計算機網(wǎng)絡(luò)。1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPAnet上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得所有使用TCP/IP協(xié)議的計算機都能利用互連網(wǎng)相互通信，因而人們就把1983年作為互聯(lián)網(wǎng)的誕生時間。1990年ARPAnet正式宣布關(guān)閉，因為它的實驗任務(wù)已經(jīng)完成。4.以Internet為核心的第四代計算機網(wǎng)絡(luò)進入20世紀(jì)90年代,Internet的建立將分散在世界各地的計算機和各種網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成了覆蓋世界的大網(wǎng)絡(luò)。隨著信息高速公路計劃的提出和實施，Internet迅猛發(fā)展起來,它將當(dāng)今世界帶入了以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。目前這階段計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展特點呈現(xiàn)為:高速互連、智能與更廣泛的應(yīng)用。計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程從1993年開始至今，Internet逐漸形成了多層互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者（ISP）的結(jié)構(gòu)。在許多情況下，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者ISP（InternetServiceProvider）就是一個進行商業(yè)活動的公司，因此ISP又常譯為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商。例如，中國電信、中國聯(lián)通和中國移動等公司都是我國最有名的ISP。通信舉例：主機A→本地ISP→地區(qū)ISP→主干ISP→地區(qū)ISP→本地ISP→主機B

大公司公司本地

ISPAB本地

ISP主干ISP本地

ISP本地

ISP主干ISP主干ISP

本地

ISP本地

ISP

本地

ISP

內(nèi)容提供者IXP校園網(wǎng)校園網(wǎng)地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISPIXP9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述我們把計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及協(xié)議集合，成為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。換種說法，計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)件所應(yīng)完成的功能的精確定義。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于1981年正式推薦了一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)七層參考模型，叫做開放系統(tǒng)互連模型(OpenSystemInterconnection，OSI)，該模型包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層7個層次。計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)4應(yīng)用層1網(wǎng)絡(luò)接口層2網(wǎng)際層IP(各種應(yīng)用層協(xié)議，如DNS,HTTP,SMTP等)3運輸層(TCP或UDP)（這一層并沒有具體內(nèi)容）運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層543219.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)4應(yīng)用層1網(wǎng)絡(luò)接口層2網(wǎng)際層IP(各種應(yīng)用層協(xié)議，如DNS,HTTP,SMTP等)3運輸層(TCP或UDP)（這一層并沒有具體內(nèi)容）運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321由于OSI體系結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，一般使用包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層和應(yīng)用層的五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)來描述計算機網(wǎng)絡(luò)。在實際應(yīng)用中，TCP/IP的四層體系結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。每一層都是為了完成一種功能，為了完成這些功能，需要遵循一些規(guī)則，這些規(guī)則就是協(xié)議，每一層都定義了一些協(xié)議。9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述名稱功能應(yīng)用層應(yīng)用層是體系機構(gòu)的最高層，應(yīng)用層直接為用戶提供進程服務(wù)。這里的進程值得就是正在運行的程序。應(yīng)用程序收到“傳輸層”的數(shù)據(jù)，接下來就要進行解讀。運輸層運輸層的任務(wù)就是負(fù)責(zé)兩個主機進程之間的通信提供服務(wù)。由于一個主機可同時運行多個進程，因此運輸層有復(fù)用和分用的功能。復(fù)用就是多個應(yīng)用進程可同時使用運輸層的服務(wù)，分用是運輸層把收到的信息分別交付給上面的應(yīng)用層的相應(yīng)進程。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供服務(wù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包進行傳送。網(wǎng)絡(luò)層的另一個任務(wù)就是選擇合適的路由，是源主機運輸層所傳下來的分組，能夠通過網(wǎng)絡(luò)中的路由器找到目標(biāo)主機。數(shù)據(jù)鏈路層兩個主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，總是在一段一段的鏈路上傳送的，兩個相鄰節(jié)點（主機和路由器之間或兩個路由器之間）傳送數(shù)據(jù)是直接傳送的（點對點）。連個相鄰節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層傳下來的IP數(shù)據(jù)報組轉(zhuǎn)成幀（framing），在連個相鄰節(jié)點透明的傳送幀（frame）中的數(shù)據(jù)。每幀中包含必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。物理層在物理層上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是比特，物理層的任務(wù)就是透明的傳輸比特流。物理層要考慮的是多大的電流代表“1”或“0”，以及接收方如何識別發(fā)送方所發(fā)送的比特。傳遞信息的物理媒體，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)。計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)9.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)主機154321AP1主機2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H4H4H5數(shù)據(jù)H3H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100H2T2H3H4H5數(shù)據(jù)10101比特流110111H4H5數(shù)據(jù)H3H5數(shù)據(jù)H4H5數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族IP是互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議?，F(xiàn)在使用的IP（即IPv4）是在20世紀(jì)70年代末期設(shè)計的。互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過幾十年的飛速發(fā)展，到2011年2月，IPv4的地址已經(jīng)耗盡，ISP已經(jīng)不能再申請到新的IP地址塊了。我國在2014年至2015年也逐步停止了向新用戶和應(yīng)用分配IPv4地址，同時全面開始商用部署IPv6。IPv4協(xié)議地址IPv4使用32位（4字節(jié)）地址，因此地址空間中只有4,294,967,296個地址。且有特殊用途的專用地址存在。隨著地址不斷被分配給最終用戶，IPv4地址枯竭問題也在隨之產(chǎn)生?；诜诸惥W(wǎng)絡(luò)、無類別域間路由和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的地址結(jié)構(gòu)重構(gòu)顯著地減少了地址枯竭的速度。地址格式IPv4地址可被寫作任何表示一個32位整數(shù)值的形式，但為了方便人類閱讀和分析，它通常被寫作點分十進制的形式，即四個字節(jié)被分開用十進制寫出，中間用點分隔。分配這個系統(tǒng)定義了五個類別：A、B、C、D和E。A、B和C類有不同的網(wǎng)絡(luò)類別長度，剩余的部分被用來識別網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機，這就意味著每個網(wǎng)絡(luò)類別有著不同的給主機編址的能力。D類被用于多播地址，E類被留作將來使用。1993年，無類別域間路由（CIDR）正式地取代了分類網(wǎng)絡(luò)，后者也因此被稱為“有類別”的。CIDR被設(shè)計為可以重新劃分地址空間，因此小的或大的地址塊均可以分配給用戶。CIDR創(chuàng)建的分層架構(gòu)由互聯(lián)網(wǎng)號碼分配局（IANA）和區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)注冊管理機構(gòu)（RIR）進行管理，每個RIR均維護著一個公共的WHOIS數(shù)據(jù)庫，以此提供IP地址分配的詳情。IPv4與IPv6協(xié)議9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族IPv4與IPv6協(xié)議10000000000010110000001100011111IPv4地址：32位二進制代碼10000000000010110000001100011111

分為每8位為一組采用點分十進制記法112811331將每8位的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)網(wǎng)絡(luò)類別最大可指派的網(wǎng)絡(luò)數(shù)第一個可指派的網(wǎng)絡(luò)號最后一個可指派的網(wǎng)絡(luò)號每個網(wǎng)絡(luò)中最大主機數(shù)A126(27–2)112616777214（224-2）B16383(214–1)128.1191.25565534（216-2）C2097151(221

–1)192.0.1223.255.255254（28-2）分類的IPv4地址中的A、B、C類地址分布9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族IPv4與IPv6協(xié)議私有IPv4地址絕大多數(shù)的IP地址都是公有地址，需要向國際互聯(lián)網(wǎng)信息中心申請注冊。但是在IPv4地址協(xié)議中預(yù)留了3個IP地址段，作為私有地址，供組織機構(gòu)內(nèi)部使用。這三個地址段分別位于A、B、C三類IP地址內(nèi)：A類地址：--55，以為例B類地址：--55，以為例C類地址：--55，以為例。9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族由于IPv4最大的問題在于網(wǎng)絡(luò)地址資源不足，嚴(yán)重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。IPv6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量的問題，而且也解決了多種接入設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙。IPv4與IPv6協(xié)議各國IPv4地址總數(shù)9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族IPv4與IPv6協(xié)議IPv6地址表示方法IPv6的地址長度為128位，是IPv4地址長度的4倍。于是IPv4點分十進制格式不再適用，采用十六進制表示。IPv6地址分為8組，每組為4個十六進制數(shù)的形式，每組十六進制數(shù)間用冒號分隔。例如：FC00:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B。地址類型一般來講，一個IPv6數(shù)據(jù)報的目的地址可以是以下三種基本類型地址之一：單播（unicast）：單播就是傳統(tǒng)的點對點通信。多播（multicast）：多播是一點對多點的通信，數(shù)據(jù)報發(fā)送到一組計算機中的每一個。IPv6沒有采用廣播的術(shù)語，而是將廣播看作多播的一個特例。任播（anycast）：這是IPv6增加的一種類型。任播的終點是一組計算機，但數(shù)據(jù)報只交付其中的一個，通常是距離最近的一個。9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族TCP與UDP協(xié)議TCP協(xié)議傳輸控制協(xié)議（TCP，TransmissionControlProtocol）是為了在不可靠的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的端到端字節(jié)流而專門設(shè)計的一個傳輸協(xié)議。應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)?、?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流，然后TCP把數(shù)據(jù)流分區(qū)成適當(dāng)長度的報文段（通常受該計算機連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳輸單元（MTU）的限制）。之后TCP把結(jié)果包傳給IP層，由它來通過網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實體的TCP層。TCP為了保證不發(fā)生丟包，就給每個包一個序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然后接收端實體對已成功收到的包發(fā)回一個相應(yīng)的確認(rèn)（ACK）；如果發(fā)送端實體在合理的往返時延（RTT）內(nèi)未收到確認(rèn)，那么對應(yīng)的數(shù)據(jù)包就被假設(shè)為已丟失將會被進行重傳。TCP用一個校驗和函數(shù)來檢驗數(shù)據(jù)是否有錯誤；在發(fā)送和接收時都要計算校驗和。9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族TCP與UDP協(xié)議TCP協(xié)議的3次握手在建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送3個包以確認(rèn)連接的建立，就是建立TCP連接的三次握手（Three-WayHandshake）。在socket編程中，這一過程由客戶端執(zhí)行connect來觸發(fā)。9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族TCP與UDP協(xié)議UDP協(xié)議UDP是UserDatagramProtocol的簡稱，中文名是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，是一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)，IETFRFC768是UDP的正式規(guī)范。UDP在IP報文的協(xié)議號是17。UDP協(xié)議與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，但UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進行排序的缺點；也就是說，當(dāng)報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。許多應(yīng)用只支持UDP，如：多媒體數(shù)據(jù)流，不產(chǎn)生任何額外的數(shù)據(jù)，即使知道有破壞的包也不進行重發(fā)。當(dāng)強調(diào)傳輸性能而不是傳輸?shù)耐暾詴r，如：音頻和多媒體應(yīng)用，UDP是最好的選擇。在數(shù)據(jù)傳輸時間很短，以至于此前的連接過程成為整個流量主體的情況下，UDP也是一個好的選擇。9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族TCP與UDP協(xié)議TCP與UDP的區(qū)別TCP和UDP是負(fù)責(zé)提供端到端通信的傳輸層協(xié)議，它們的主要區(qū)別是：1.TCP是面向連接的協(xié)議，而UDP是無連接協(xié)議。2.TCP要求系統(tǒng)資源較多，UDP較少；3.UDP程序結(jié)構(gòu)較簡單4.流模式（TCP）與數(shù)據(jù)報模式(UDP);5.TCP保證數(shù)據(jù)正確性，UDP可能丟包6.TCP保證數(shù)據(jù)順序，UDP不保證9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族路由器與交換機路由器路由器又可以稱之為網(wǎng)關(guān)設(shè)備。路由器就是在OSI/RM中完成的網(wǎng)絡(luò)層中繼以及第三層中繼任務(wù)，對不同的網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)包進行存儲、分組轉(zhuǎn)發(fā)處理，其主要就是在不同的邏輯分開網(wǎng)絡(luò)。而數(shù)據(jù)在一個子網(wǎng)中傳輸?shù)搅硪粋€子網(wǎng)中，可以通過路由器的路由功能進行處理。在網(wǎng)絡(luò)通信中，路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址以及選擇IP路徑的作用，可以在多個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，構(gòu)建靈活的鏈接系統(tǒng)，通過不同的數(shù)據(jù)分組以及介質(zhì)訪問方式對各個子網(wǎng)進行鏈接。路由器在操作中僅接受源站或者其他相關(guān)路由器傳遞的信息，是一種基于網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián)設(shè)備。家用無線路由器大型路由器9.2互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族路由器與交換機交換機交換機（Switch）是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是以太網(wǎng)交換機。這個產(chǎn)品是由原集線器的升級換代而來，在外觀上看和集線器沒有很大區(qū)別。交換機就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備，它工作在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網(wǎng)或一臺高性能服務(wù)器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多端口網(wǎng)橋。各類以太網(wǎng)交換機9.3互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)是物的聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)是人的聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)還是互聯(lián)網(wǎng)，其終端不再限于計算機（PC、服務(wù)器），而是各類嵌入式計算機系統(tǒng)及其配套的傳感器。這是計算機科技發(fā)展的必然結(jié)果，為人類服務(wù)的計算機呈現(xiàn)出各種形態(tài)，如穿戴設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、虛擬現(xiàn)實設(shè)備等等。作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)利用通信技術(shù)把傳感器、控制器、機器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，而它對于信息端的云計算和實體段的相關(guān)傳感設(shè)備的需求，使得產(chǎn)業(yè)內(nèi)的聯(lián)合成為未來必然趨勢，也為實際應(yīng)用的領(lǐng)域打開無限可能?；ヂ?lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相互促進，共同造福人類。互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別與聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)

技術(shù)導(dǎo)論數(shù)字經(jīng)濟系列教材第10章

物聯(lián)網(wǎng)的計算模式物聯(lián)網(wǎng)

技術(shù)導(dǎo)論0110.1云計算020310.2霧計算10.3邊緣計算目錄CONTENTS10.1云計算根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的定義：云計算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)隨時隨地、按需、便捷地訪問共享計算設(shè)施、存儲設(shè)備、應(yīng)用程序等資源的計算模式。云計算采用計算機集群構(gòu)成數(shù)據(jù)中心，并以服務(wù)的形式交付給用戶，使得用戶可以像使用水、電一樣按需購買云計算資源。云計算模式一經(jīng)提出便得到產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界與政府的廣泛關(guān)注。其中Amazon等公司的云計算平臺提供可快速部署的虛擬服務(wù)器，實現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施的按需分配；MapReduce等新型并行編程框架簡化了海量數(shù)據(jù)處理模型；Google公司的AppEngine云計算開發(fā)平臺為應(yīng)用服務(wù)提供商開發(fā)和部署云計算服務(wù)提供接口；Salesforce公司的客戶關(guān)系管理（CustomerRelationshipManagement，CRM）服務(wù)將桌面應(yīng)用程序遷移到互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)應(yīng)用程序的泛在訪問。

云計算云計算概念10.1云計算云計算概念各國政府紛紛將云計算列為國家戰(zhàn)略，投入了相當(dāng)大的財力和物力用于云計算的部署。其中，美國政府利用云計算技術(shù)建立聯(lián)邦政府網(wǎng)站，以降低政府信息化運行成本。英國政府建立了國家級云計算平臺（G-Cloud），超過2/3的英國企業(yè)開始使用云計算服務(wù)。我國北京、上海、天津、重慶、深圳、杭州、無錫等城市也開展了云計算服務(wù)試點示范工作與發(fā)展規(guī)劃，電信、石油、電力、交通運輸?shù)刃袠I(yè)也啟動了相應(yīng)的云計算應(yīng)用計劃。云計算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)IaaS主要包括計算機服務(wù)器、通信設(shè)備、存儲設(shè)備等，能夠按需向用戶提供計算能力、存儲能力或網(wǎng)絡(luò)能力等IT基礎(chǔ)設(shè)施類服務(wù)，也就是能在基礎(chǔ)設(shè)施層面提供的服務(wù)。平臺即服務(wù)PaaS定位于通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供一整套開發(fā)、運行和運營應(yīng)用軟件的支撐平臺。就像在個人計算機軟件開發(fā)模式下，程序員可能會在一臺裝有Windows或Linux操作系統(tǒng)的計算機上使用開發(fā)工具開發(fā)并部署應(yīng)用軟件一樣。軟件即服務(wù)SaaS是一種通過互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務(wù)的軟件應(yīng)用模式。在這種模式下，用戶不需要再花費大量投資用于硬件、軟件和開發(fā)團隊的建設(shè)，只需要支付一定的租賃費用，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)享受到相應(yīng)的服務(wù)，而且整個系統(tǒng)的維護也由廠商負(fù)責(zé)。10.1云計算云計算的架構(gòu)組成IaaSPaaSSaaS一般來說，大家比較公認(rèn)的云架構(gòu)是劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層和軟件服務(wù)層三個層次的，對應(yīng)名稱為IaaS，PaaS和SaaS。云計算架構(gòu)圖10.1云計算云計算的架構(gòu)組成一般來說，大家比較公認(rèn)的云架構(gòu)是劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層和軟件服務(wù)層三個層次的，對應(yīng)名稱為IaaS，PaaS和SaaS。云計算架構(gòu)圖10.1云計算云計算的架構(gòu)組成一般來說，大家比較公認(rèn)的云架構(gòu)是劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層和軟件服務(wù)層三個層次的，對應(yīng)名稱為IaaS，PaaS和SaaS。云計算與物聯(lián)網(wǎng)把物聯(lián)網(wǎng)和云計算放在一起，是因為物聯(lián)網(wǎng)和云計算的關(guān)系非常密切。云計算是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石，并且從兩個方面促進物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)。首先，云計算是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的核心，運用云計算模式使物聯(lián)網(wǎng)中以兆計算的各類物品的實時動態(tài)管理和智能分析變得可能。物聯(lián)網(wǎng)通過將射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、納米技術(shù)等新技術(shù)充分運用到各行業(yè)中，將各種物體充分連接，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集到的各種實時動態(tài)信息送達計算機處理中心進行匯總、分析和處理。建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)的三大基石包括：①傳感器等電子元器件；②傳輸?shù)耐ǖ?，比如電信網(wǎng)；③高效的、動態(tài)的、可以大規(guī)模擴展的技術(shù)資源處理能力。其中第三個基石是通過云計算模式幫助實現(xiàn)的。

10.1云計算云計算與物聯(lián)網(wǎng)云計算與物聯(lián)網(wǎng)其次，云計算促進物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的智能融合，從而構(gòu)建智慧地球。物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合需要更高層次的整合，需要“更透徹的感知，更安全的互聯(lián)互通，更深入的智能化”。這同樣也需要依靠高效的、動態(tài)的、可以大規(guī)模擴展的技術(shù)資源處理能力，而這正是云計算模式所擅長的。同時，云計算的創(chuàng)新型服務(wù)交付模式，簡化服務(wù)的交付，加強物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間及其內(nèi)部的互聯(lián)互通，可以實現(xiàn)新商業(yè)模式的快速創(chuàng)新，促進物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的智能融合。物聯(lián)網(wǎng)的四大組成部分為感應(yīng)識別、網(wǎng)絡(luò)傳輸、管理服務(wù)和綜合應(yīng)用，其中中間兩個部分會利用到云計算，特別是“管理服務(wù)”這一項。因為這里有海量的數(shù)據(jù)存儲和計算的要求，使用云計算是最省錢的方式。

10.1云計算云計算與物聯(lián)網(wǎng)010203單中心，多終端在此類模式中，分布范圍較小的各物聯(lián)網(wǎng)終端（傳感器、攝像頭或3G手機等）把云中心或部分云中心作為數(shù)據(jù)處理中心，終端所獲得信息、數(shù)據(jù)統(tǒng)一由云中心處理及存儲，云中心提供統(tǒng)一界面給使用者操作或者查看。一般此類云中心為私有云居多。多中心，大量終端這個模式的前提是我們的云中心必須包含公共云和私有云，并且它們之間的互聯(lián)沒有障礙。這樣，對于有些機密的事情，比如企業(yè)機密等可較好地保密而又不影響信息的傳遞與傳播。信息、應(yīng)用分層處理，海量終端這種模式可以針對用戶的范圍廣、信息及數(shù)據(jù)種類多、安全性要求高等特征來打造。此模式是具體根據(jù)應(yīng)用模式和場景，對各種信息、數(shù)據(jù)進行分類處理，然后選擇相關(guān)的途徑連接相應(yīng)的終端。10.1云計算云計算與物聯(lián)網(wǎng)010203單中心，多終端在此類模式中，分布范圍較小的各物聯(lián)網(wǎng)終端（傳感器、攝像頭或3G手機等）把云中心或部分云中心作為數(shù)據(jù)處理中心，終端所獲得信息、數(shù)據(jù)統(tǒng)一由云中心處理及存儲，云中心提供統(tǒng)一界面給使用者操作或者查看。一般此類云中心為私有云居多。多中心，大量終端這個模式的前提是我們的云中心必須包含公共云和私有云，并且它們之間的互聯(lián)沒有障礙。這樣，對于有些機密的事情，比如企業(yè)機密等可較好地保密而又不影響信息的傳遞與傳播。信息、應(yīng)用分層