计算机理论学习Day20（加更）

3.4互联网及应用

1.互联网基本概述

1. Internet专指前身为美国ARPANET网、使用IP协议将各种实体网络连接而成的逻辑上的单一网络
2. Internet是上世纪70年代影响最大的IT技术。

2.互联网发展过程

1. 第一阶段：起源于ARPANET（4个大学互联），协议标准是TCP/IP协议
2. 第二阶段：主由主干网，地区网和校园网（或企业网）三级结构组成的互联网
3. 第三阶段：多层次ISP（互联网服务提供商）的互联网，我国的互联网三层结构
   1. 骨干网：几大运营商等提供覆盖全国的数以是计的城域网，能过国际出口与国际互联网连接
   2. 城域网：采用光纤传输技术覆盖整个城市的高速宽带网络，连接着主干网和汇聚着各种类型接入网
   3. 接入网：单位和家庭用户的接入，通过电话线、有线电视电缆、光纤、移动通信等截图城域网，然后接入互联网

3.互联网接入

1. 电话接入：电话拨号方式接入因特网，因速率较低，无法在线看电源，属于窄带
2. ADSL（非对称数字用户线）接入：ADSL的高速数据通信和交互视频的功能，ADSL是非对称数字用户线，是一种互联网接入技术，有两种方式
   • 虚拟拨号接入：拨号虚拟的用户通过电脑的拨号软件（填写用户和密码）当通过身份验证时，获得一个动态IP，即可联通网络
   • 专线接入：ADSL的专线接入方式是以固定IP、自动连接等特点的类似专线的方式。
3. 有线电视网接入：有线电视网接入尽管可以提供较高的带宽，但当段内勇士上网的用户数目较多时各用户得到的有效带宽会下降
4. 光纤接入：光纤接入又名光纤到楼，指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体，可以分为有源接入和无源接入
5. 虚拟专用网：在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯，在企业网络中有广泛应用，VPN网关通过对数据包的加密和数据包目标地址的转换实现远程访问。VPN可以通过服务器、硬件、软件等多种方式实现。

4.TCP/IP协议

1. 互联网采用统一的网络通信协议，核心是TCP（传输控制协议）/IP（网际）协议，其中包括一百多个协议。IP协议是核心

2. TCP/IP协议层和开放系统互联参考模型对比

   1. 应用层：SMTP协议、POP3协议、HTTP协议、FTP协议、TeInet、DNS协议等，提供一组常用的应用程序给用户

   2. 传输层：解决的是计算机程序到计算机程序之间的通信问题。
      TCP协议特点：

      • TCP协议不仅是计算机-计算机的通信，而是端-端的通信，即源计算机的某个APP与目的地计算机的某个App之间的通信
      • TCP协议是基于连接的通信，即在数据传输之前，客户端与服务器需要先建立一个可信任的连接，数据传输结束以后，再断开连接
      • TCP协议数据传输是可靠的，它通过超时重传、流量控制、数据包序号检查、检验和等机制，能确保TCP数据包不丢失、不重复、不乱序、不出错

      UDP协议特点：

      • UDP协议传送的数据称为UDP包，UDP包的首部开销小，只有8个字节
      • UDP是无连接的服务，在传送数据之前不需要先建立连接，对方的传输层在接收到UDP报文之后，不需要纷呈出任何确认，因此通信的开销少，效率高
      • UDP在传输中出现丢包不负责重发，数据包出现乱序也不负责纠正，如果出现这些情况，由采用UDP的APP自动处理
      • UDP主要用来支持哪些需要在计算机之间高速传输数据的网络应用，应用于数据包问题少的通信（DNS、SNMP等）

   3. 网络互联层：IP协议，ARP，RARP，ICMP，路由器工作在这一层，解决的是计算机到计算机的通信问题

   4. 网络接口层：中继器、集线器、网卡，最底层，是负责网络层与硬件设备之间的联系

3. TCP/IP协议的优点：适用于异构网络的连接，确保可靠的端到端的通信、与操作系统紧密结合，支持多种网络连接服务

5.IP地址

1. IP地址基本概念
   • 互联网中通信时根据计算机的IP地址，局域网（以太网）中是通过计算机的MAC地址
   • IP地址格式包含网络号和主机号两个部分
2. IP地址分类：
   1. 根据IP地址表示位数，IPv4和IPv6
   2. 获取方式：静态IP（固定）和动态IP（DHCP）
3. IPv4：长度是32位二进制位，用4个字节表示，理论上最多可以分配2^32个地址
4. IPv6：
   1. 有128位，16个字节
   2. IPv6具有更大的地址空间，更好的头部格式，使用更小的路由表，具有更高的安全性
   3. IPv6加入了自动配置的支持
   4. IPv6允许协议进行扩充
   5. IPv6增加了增强的组播支持以及对流的控制，适合多媒体应用
   6. IPv6表示法：
      • 冒分十六进制表示法
      • 0位压缩表示法
      • 内嵌IPv4地址表示法

6.子网掩码

1. 32位代码，1对应网络号，0对应主机号
2. 子网掩码和IP地址进行逻辑乘能获得网络号
3. 三类IP地址默认的子网掩码：
   1. A类地址：255.0.0.0
   2. B类地址：255.255.0.0
   3. C类地址：255.255.255.0

7.私有IP地址

私有的IP地址 只用于局域网，不用于互联网

8.解决IPv4地址紧张的方法

1. NAT（网络地址转换）：用于多态主机共用一个IP地址访问互联网的场合，是目前有效解决IP地址紧张的一种有效方法
2. 使用专用网络
3. DHCP：动态主机配置协议
4. 使用128位的IPv6

9.IP数据报

1. IP协议定义了一种独立于各种物理网的统一的数据包格式，称为IP数据报
2. 数据大小不固定，最大64KB
3. ATM网络的数据报大小固定位53字节。数据帧的数据部分最大长度为1500字节，其中IP和TCP头部各占20字节，所以TCP段格式中，数据字段最大长度为1500-20-20=1460字节
4. 路由器尽力而为地传输IP数据报，但是并不能保证数据传输的可靠性，须由上层的TCP协议来解决

10.域名与DNS

1. 互联网的域名作为IP地址的文字表示，便于记忆和使用。互联网中，可以通过域名或IP地址访问计算，可以通过主机名（一般就理解成域名同等意思）或IP地址访问计算机
2. 可以按IP地址访问主机，也可以按域名访问主机
3. 一个IP可对应多个域名，一个域名也可以对应多个IP地址
4. 域名格式：5级域名.4级域名.3级域名.2级域名.顶级域名
5. 域名命名规则：
   1. 顶级域名：int 国际组织、cn 中国、uk 英国、us 美国、com 营利组织、net 网络服务机构、org 非营利组织、gov 政府、mil 军事
6. 域名系统：将主机域名翻译为主机IP地址的软件，它是一个分布式数据库系统，域名服务器上存放着Internet主机的域名与IP地址的对应DNS，是进行域名和与之相对应的IP地址转换的服务器
7. 域名服务器：运行域名系统软件的一台服务器。
8. 域名一般格式为：计算机名.网络名.机构名.最高域名等组成，例如:www.nju.edu.cn
   • www：web服务器（主机名）
   • nju：南京大学校园网（网络名）
   • edu：教育机构（机构名）
   • cn：中国（最高域名）