大学计算机基础知识整理：因特网应用

因特网是一组全球信息资源的总汇。有一种粗略的说法，认为INTERNET是由于许多小的网络（子网）互联而成的一个逻辑网，每个子网中连接着若干台计算机（主机）。Internet以相互交流信息资源为目的，基于一些共同的协议，并通过许多路由器和公共互联网而成，它是一个信息资源和资源共享的集合。

网络技术及应用

• 计算机网络的概念
  • 什么是计算机网络
    • 网络：通常是指为了达到某种目的而以某种方式联系或组合在一起的对象或物体的集合
    • 计算机网络：将不同地理位置的、功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路连接在一起，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传输的系统
    • 计算机网络的拓扑结构图
  • 计算机网络的功能
    • 硬件资源共享
    • 软件和数据资源共享
    • 信息通信
    • 其他功能
  • 计算机网络的发展
    • 远程终端联机阶段，20th50'
      • 计算机技术+通信技术
      • 终端+电话通信线路+计算机
    • 计算机互联阶段，20th60'
      • 计算机+通信处理机+电话网络
      • 分组交换技术
        • 将数据报文划分成若干个大小相等的房租进行传输
          • 节点交换机采用存储转发方法来传送分组
          • 存储转发：将收到的分组先保存到存储器中进行排队和处理，然后再通过合适的路径转发到下一个节点交换机
      • 两级网络概念：通信子网+资源子网
    • 计算机网络互联阶段，20th70'
      • 网络互连
      • 标准化：：OSI/RM, TCP/IP
      • 网络体系结构的确立
    • 国际互联网阶段，20th80'
      • 计算机网络+Internet
      • TCI/IP协议
• 计算机网络的组成和分类
  • 组成部件
    • 计算机网络的硬件
      • 结点设备
        • 端结点
          • 具有联网功能的智能设备
        • 转接节点
          • 用于转发信息的设备
      • 通信线路
        • 有线
          • 光纤
          • 双绞线
          • 同轴电缆
        • 无线
          • 微波
          • 无线电
          • 卫星
          • 红外线、激光
    • 计算机网络的软件
      • 网络操作系统
        • 运行在端节点设备上的操作系统，如Windows、Linux、Unix
      • 网络协议
        • 指导数据传输过程的一整套规则，如TCP/IP协议
      • 网络服务器软件
        • 用于提供网络服务的应用软件，如IIS、Apache等
      • 网络客户软件
        • 用户用以获取网络服务的应用软件，如IE浏览器，Foxmail等
      • 网络工具软件
        • 用来进行网络维护、监控、诊断、管理的应用软件
        • 操作系统提供，第三方提供如：网络监控软件AnyView
  • 计算机网络分类
    • 按地域范围划分
      • 局域网（LAN）
        • 特点：覆盖范围小、高速率、低延迟、私有
        • 总线/星形/环状结构、点到点/广播链路、光纤/双绞线/无线
      • 城域网（MAN）
        • 特点：覆盖范围中等、高速率、低延迟、公用
        • 星形/环状结构、点到点链路、光纤/双绞线/无线
      • 广域网（WAN）
        • 特点：覆盖范围广、中高速率、高延迟、公用、有良好的网络管理和传输质量保证
        • 网状结构、点到点链路、光纤/微波/卫星
    • 按网络拓扑结构划分
      • 总线形、环形、星形、树形、网状
    • 其他
      • 有线网络/无线网络、集中式网络/分布式网络……
  • 网络应用模式
    • C/S（Client/Server）模式
      • 客户/服务器模式：客户请求——服务器响应
      • 专用客户端（专门开发）
      • 基于TCP或UDP协议
    • B/S（Browser/Server）模式
      • 浏览器/服务器模式
      • 通用客户端（网络浏览器，如IE、FireFox等）
      • 基于HTTP协议并采用浏览器作为客户端的C/S模式
    • P2P（Peer-to-Peer）模式
      • 通信双方关系对等：即是客户端，又是服务器端
• 网络协议与网络体系结构
  • 网络协议
    • 通信双方对所传输信息的格式、控制信息的含义以及在信息传输过程中应如何操作的约定
  • 网络协议三要素
    • 语法
      • 协议数据单元（PDU）的结构与格式（报文格式）
    • 语义
      • 协议数据单元中各部分的含义
    • 时序
      • 通信过程中，通信双方操作的执行步骤和顺序
  • 网络体系结构
    • 网络层次结构模型与各层协议的集合称为计算机网络体系结构
    • 分层的好处
      • 独立性强
        • 各层都可以采用最合适的技术来实现
        • 某层技术的改进不会影响其他层
        • 上层只需关心下层能够提供什么服务，而无需关心其实现方法
      • 适应性强
        • 只要提供的副武和接口不变，每层的实现方法可任意改变
      • 结构清晰
        • 使系统的设计、实现、调试和维护变得简单和容易
        • 降低开发工作量和开发难度
  • 数据封装
    • 数据封装就是在数据前面加上用于传输过程的控制信息，时协议语法的具体实现
    • 数据封装过程
      • 当某一层实体要进行通信时，它将要传输的数据（即协议数据单元PDU）通过层间接口提交给下一层
      • 下层收到上层的PDU后，将其加上报文头部（header）形成本层PDU，然后将其传递给下一层
        • 给上层数据加上header的过程称为封装（encapsulation）
        • Header中包含地址和对等层通信所需要的一些控制信息
      • 每一层都按此方法处理，在最底层将逐层封装后的数据传送到目的端
      • 目的端的每一层只处理本层的header，并将去掉header后的数据部分提交给其上层，本层不对数据部分做任何处理
        • 去掉header的过程称为解封装（decapsulation)
  • 常见的网络体系结构
    • OSI参考模型包含7层
      • 上3层规定了应用程序之间以及应用程序和用户之间如何交互
      • 下4层规定了计算机之间如何建立连接
      • 各层功能
        • 应用层：为网络用户和网络应用程序提供网络服务和操作界面
        • 表示层：负责数据编码方式，本层将发送方应用层的数据转换为接收方应用层能够识别的格式。包括：-不同OS的数据格式转换 -数据加密 -数据压缩
        • 会话层：1，在用户间建立、维持和终止会话关系；2，区分不同的应用程序建立的连接，将通信流引导到正确的应用程序
        • 传输层：1，不同计算机的进程之间的通信；2，拥塞控制、差错控制
        • 网络层：在计算机之间传输分组 -提供逻辑地址 -实现路由选择
        • 数据链路层：在结点间可靠地传输帧 - 提供物理地址 -组帧 -差错检测
        • 物理层：负责在结点间接受和发送比特流 -定义介质和连接器类型 -定义信号类型 -定义信号电平、数据速率、传输距离
    • TCP/IP体系结构
      • TCIP/IP是一个协议簇的总称，协议按4个层次来进行组织
      • 应用层：FTP、SMTP、HTTP、Telnet、DNS
      • 传输层：TCP、UDP
      • 网际层：IP、ICMP、ARP
      • 网络接口层：IEEE802、PPP
• 因特网的组成与接入方法
  • 因特网是一个全球性的采用TCP/IP协议的互联网络
    • 包含成千上万个网络，通过路由器相互连接
      • 路由器（Router）：使分组沿最佳路径抵达目的地的网络设备
    • 采用TCP/IP协议簇
    • 采用分组交换技术
      • 报文被划分成 若干个分组（Packet）传输
      • 分组通过网络中路由器转发，逐跳地运送到目的网络，被目的网络中的目的主机所接收
      • 分组在目的主机中进行装配，并最终提交给用户进程
  • 因特网中的数据传输过程
    • 可靠的传输服务：TCP
      • 传输前，源主机与目的主机先建立逻辑连接
      • 可靠、按序的点对点递交
      • 拥塞控制和流量控制
    • 不可靠的传输服务：UDP
      • 传输前无需建立逻辑连接，直接传输
      • 无序的点对点或广播递交（可能丢失、可能有差错、可能无序）
      • 无实时性保证
  • 因特网的接入方法
    • 常见的因特网接入方法
      • xDSL
        • 是数字用户线（Digital Subscriber Line）的总称
        • 包括ISDN，ADSL，HDSL，VDSL等
        • 是一种以铜质电话双绞线为传输介质的宽带接入技术
        • ADSL
          • 非对称数字用户线
          • 上行和下行带宽不对称
          • 可以提供3Mbps的上行速度和25Mbps的下行速度
          • 采用频分复用技术吧普通电话线的带宽划分为电话、上行数据和下行数据3个独立信道。即使边打电话边上网，也不会互相干扰
        • ADSL接入（Cont.）
          • 用户端设备
            • ADSL终端（ATU-R，俗称ADSL调制解调器）
            • ADSL语音分离器（Splitter）
              • 用于分离数据信号和电话信号，避免打电话时干扰通信
      • FTTx
        • FTTx即光纤用户接入网，是指使用光纤介质替代铜线介质连接电信运营商和终端用户的一种网络接入技术
        • 常见的FTTx是EPON（基于以太网的无源光网络）
        • 根据光纤延续位置 ，FTTx分类
          • FTTH：光纤到户（Home）
          • FTTB：光纤到楼宇（Building）
          • FTTC：光纤到路边（Curb），也称为光纤到分线盒
          • FTTCab：光纤到电缆交接箱（Cabinet）
      • HFC
        • 光纤同轴混合网：是一种利用有线电视网络饥饿如因特网的宽带接入技术
        • 可能需要对原因有的有线电视网络进行改造，增加上行通道
        • 用户需要安装电缆调制解调器（Cable Modem）
        • 光纤主干入楼+同轴电缆入户
        • 速率300Mbps（共享）
      • 无线
        • 无线局域网
          • 类似于以太网，但无需电缆
          • 802.11b（11Mbps）、11g（54Mbps）、11n（300Mbps）、11ab（1300Mbps）
        • 2G接入
          • 两种技术：GSM（230Kbps）、GPRS（160Kbps）
        • 3G接入
          • 三种技术：TD-SCDMA（移动）、CDMA2000（电信）及WCDMA（联通）
          • 传输速率3~21Mbps
        • 4G接入
          • 两种技术：TD-LTE、FDD-LTE
          • 传输速率超过100Mbps
      • 以太网
• 因特网中的地址
  • 域名
    • 例：www.xjtu.edu.cn
    • 用来在因特网中标识一台主机
    • 便于人们的识别和使用
  • IP地址
    • 例：202.117.0.20
    • 用来在因特网中标识一台主机——在网际层使用
    • 域名地址到IP地址的转换过程称为域名解析（Name Resolution）
    • 转换通过DNS服务实现
    • IP地址是一个长度为32位的二进制数（IPv4），书写时采用点分十进制表示法
    • IP地址在逻辑上分成两个部分
      • 网络地址（网络号）：用于标识网络
      • 主机地址（主机号）：用于标识网络中的主机
      • 不同类别的IP地址，其网络号和主机号的长度分配各不相同
    • IP地址的“类别”：A、B、C、D、E
      • 常用的是A、B、C三类
    • 网络号全为0时表示本网络；主机号全为0时表示某网络；主机号全为1时是广播地址
    • 不能在因特网上使用的IP地址
      • 环回地址（Loopback Address）
        • 127.x.x.x
      • 私有地址（Private Address）
        • A类地址中的10.0.0.0 ~ `0.255.255.255
        • B类地址中的172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
        • C类地址中的192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
  • MAC地址
    • 例：12-FA-9B-23-DB-11
    • 用于在局域网中标识一台主机的网络接口——在局域网数据链路层使用
    • IP地址到MAC地址的过程称为地址解析（Address Resolution）
    • 转换通过ARP协议实现
    • MAC（Media Access Control）地址也称为硬件地址、物理地址或网卡地址。它一般固化在网络接口中
    • MAC地址由数据链路层进行识别和处理
    • 每一个MAC地址都是全球唯一的，它标识了一台主机的网络硬件接口地址
    • MAC地址是一个48位二进制编码高24位是生产厂商的代码，后24位为产品序列号
    • 查看本机网卡的MAC地址
      • 在Windows中，可以使用“ipconfig -all”查看网卡的MAC地址
  • MAC地址与IP地址的比较
    • MAC地址在数据链路层处理，IP地址在网络层处理
    • MAC地址类似于身份证，而IP地址类似于邮政编码或住址
    • IP地址在逻辑上是具有层次的：网络-主机；而MAC地址是不分层次的——每个网络对其都是同等对待
  • 端口号（Port Number）
    • 端口号用于标识同一主机中不同的应用进程（协议）。传输层协议通过端口号与某个应用层进程打交道（接收或提交数据）
    • 端口号为16位的正整数
      • 0 ~ 1023为熟知端口号，被固定分配给一些应用层协议
        • 也称“知名端口”，“公认端口”——众所周知的端口号
        • 由因特网号码分配机构（IANA）负责分配
      • 1024 ~ 49151为注册端口号，被一些公司用于自己的某种协议
      • 49152 ~ 65525为临时端口号，留给客户进程临时使用
  • 子网和子网掩码
    • IPv4网络面临的问题
      • 对整个因特网而言，IP地址已全部分配完。对下层网络运营商而言，获得的IP地址是一种稀缺资源！
    • 解决方法：划分子网
      • 将主机号部分划出若干位作为网络号的一部分——子网号，剩余部分作为子网的主机号，这样一个网络就被分为多个子网
      • 子网划分后，IP地址被划分为“网络-子网-主机”三部分
      • 子网划分时要从IP地址中的主机号部分“借用”若干位作为子网号
    • 子网的特点
      • 对外部网络来说，划分子网后的网络与划分子网前没有任何变化，即外部网络看不见一个网络的内部子网结构
    • 子网掩码（subnet mask）
      • 路由器根据IP地址中的网络号（包括子网号）将分组转发到指定的网络
      • 格式
        • 32位二进制数，由一连串的1后跟一连串的0组成
      • A、B、C三类IP地址的默认子网掩码
        • A类：255.0.0.0
        • B类：255.255.0.0
        • C类：255.255.255.0
    • 计算IP地址对应的网络地址
      • 若已知IP地址和子网掩码，则只要用子网掩码和IP地址进行“与”操作即可得到网络地址
    • 在Windows中设置IP地址和子网掩码
  • 域名
    • 域名由若干个分量组成，各分量之间用点分隔
    • 域名中的各分量分别代表不同层级的域名，层级最低的域名写在最左边（通常为主机名），层级最高的顶级域名写在最右边
    • 域名通过域名服务器（DNS与IP地址进行了绑定，可通过域名解析获得其对应的IP地址）
    • 互联网的域名空间
      • 域名空间具有若干层次：根域（顶级域）和若干次级域
  • 域名服务
    • 因特网中的DNS系统由三个部分组成：域名空间、域名服务器和域名解析程序
    • 域名空间中的每个域由笨域的域名服务器来管理，负责提供本域的域名解析服务
    • 本域的域名服务器称为权威域名服务器
    • 权威域名服务器中存放有域名与IP地址的映射表
    • DNS是一个分布式系统，域名解析是通过分布在世界不同地方的域名服务器相互配合共同完成的
    • 域名查询命令
      • 在Windows中，可以使用“nslookup”命令进行域名解析
  • IP地址与域名的比较
    • IP地址
      • 适合于计算机处理
      • 缺点
        • 不便于人们记忆与使用
        • 无法通过IP地址确定主机的用途
    • 域名
      • 使用方便，便于记忆
      • 很容易识别主机的用途
      • 一致性好，不会随IP地址的改变而改变
• 因特网应用
  • 电子邮件
    • 因特网上最典型服务之一
    • 三个组成部分
      • 用户代理：编辑、发送、接收、阅读和管理电子邮件
      • 电子邮件协议
        • 将邮件发送到对方的邮件服务器
          • SMPT（Simple Mail Transfer Protocol）
        • 从邮件服务器取回邮件
          • POP3（Post Office Protocol v3）
          • IMAP4（Internet Message Access Protocol v4）
        • 基于传输层的TCP协议进行邮件传输
      • 邮件服务器：接收和转发电子邮件，向发信人报告邮件发送状态
    • 电子邮件地址
      • 许多网站提供免费电子邮箱
      • 电子邮箱有固定格式的地址——称为邮箱地址或电子邮件地址
      • 两个组成部分
        • 用户名
        • 用户的邮件服务器域名
    • 电子邮件格式
      • 标准电子邮件信息由2部分组成
        • 邮件头（header）：相当于“信封”
          • 收件人地址
          • 投递日期
          • 邮件主题
          • 发件人地址
        • 邮件体（body）：邮件正文
  • 万维网
    • 万维网是一个基于因特网的超文本信息系统
    • 三个重要组成部分
      • 浏览器（Browser）
        • 浏览器是最经常使用到的Web客户端程序，它可以从Web服务器通过HTTP协议获取网页并显示其内容，并让用户与网页进行交互
        • 常见的浏览器有IE，Firefox，Chrome等
      • Web服务器（Web Server）
        • 是储存Web页面并向浏览器提供Web浏览服务的软硬件系统
        • 常见的Web服务器平台有Apache，IIS，WebSphere等
      • HTTP协议（超文本传输协议，Hypertext Transfer Protocol）
        • 是在Web服务器和浏览器之间传输网页的通信协议
        • 基于传输层的TCP协议，默认端口号80
    • 统一资源定位符（Universal Resource Locator，URL）
      • 用于描述因特网中资源的位置和访问资源的方法
      • 一般格式：HTTP : //<主机>:<端口>/<路径>
        • 主机：Web服务器域名或IP地址
        • 端口：HTTP的端口号，默认为80，可省略
        • 路径：网页文件的存储路径，一个网站的主页可省略此项
    • 网页（Web Page）
      • 使用HTML语言编写的超文本文档
      • 使用标签来标识超文本内容以及标记超链接信息
      • 本身是一个文本文件，扩展名一般为htm或html
      • 超链接
        • 用于描述从一个网页与其他网页或资源的连接关系
        • 超链接包含起点和终点
          • 起点：说明在页面的什么地方建立一个超链接
          • 终点：说明点击起点后所要打开的网页或资源
    • 网站（Website）
      • 具有特定主题的相关网页的集合称为Web网站。网站建立在Web服务器上。进入Web网站看到的第一个网页成为主页
      • 网站存放在Web服务器的发布目录中
    • HTML语言（Hypertext Markup Language）
      • 制作网页的标准语言，使用HTML可以将各种资源组织在一个网页中
      • tag作用
        • 文字排版
        • 设置超链接
  • 文件传输
    • FTP：File Transfer Protocol
      • 两个含义
        • 文件传输协议
        • 文件传输功能、文件传输服务、文件传输程序
      • 上传
      • 下载
    • FTP服务器：提供FTP服务的软硬件系统
      • 两种登陆方法
        • 实名登录：需要注册，访问时需提供用户名和登录密码
        • 匿名登陆：无需注册，用户名为Anonymous，密码任意
      • 两种访问方法
        • 浏览器（FTP://<ftp服务器域名或IP地址>
        • FTP专用客户端软件：FlashFXP、CuteFTP、FileZilla
    • FTP工作原理
      • FTP的下层协议为传输层的TCP协议
      • FTP以C/S方式工作
        • FTP客户进程，运行在用户计算机上
          • 用户通过它发出传输文件的请求
        • FTP服务进程，运行在FTP服务器上
          • 接收并相应客户进程的请求，把指定的文件发送到客户端
          • 可同时为多个用户进程通过服务，服务进程由两部分组成
            • 一个主进程：负责接受新的请求，然后建立新的从属进程来处理这个新请求
            • 多个从属进程：用户的每一个请求需要一个请求需要一个从属进程来负责处理
      • 在进行文件传输时，客户端和服务器之间要建立两个TCP连接
        • 控制连接（Control Connection）——连接双方的控制进程
          • 控制连接用于传送控制信息
          • 由客户端提出连接请求，与FTP服务器的21号端口建立控制连接，并在整个FTP会话中维持连接
        • 数据连接（Data Connection）——连接双方的数据传送进程
          • 数据连接用于传送文件
          • 每处理一个文件传送请求都要建立一个数据连接（20号端口）