电脑与网际网路.ppt

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1、世新大學 ERP 實驗室Computer Networks and Internets電腦與網際網路Douglass E.Comer世新大學 ERP 實驗室Agenda 網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 主從架構的互動世新大學 ERP 實驗室Agenda 網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 主從架構的互動世新大學 ERP 實驗室網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 簡介 建立網際網路連線的動機 總體服務的概念 多樣化網路世界裡的總體服務 網際網路連線 採用路由器相連的實體網路 網際網路的架構 總體服務的實現 一個虛擬的網路 網際網路所需的通訊協定 網際網路連線和TCP/IP的重要性 分層

2、與TCP/IP 通訊協定 主機電腦、路由器、和通訊協定 總結世新大學 ERP 實驗室簡介 本章介紹如何把現存各式各樣的網路系統(LAN 和WAN)互相連結成一個具有統合性的通訊系統 LAN(Local Area Network).E.g.,Ethernet(Fast Ethernet,Gigabit Ethernet)Token Ring FDDI WAN(Wide Area Network).E.g.,Frame Relay ATM ISDN ADSL世新大學 ERP 實驗室建立網際網路連線的動機 LAN 強調在近距離小區域內提供高速的資料傳輸 WAN 著重在大區域的通訊連線需求世新大學 E

3、RP 實驗室總體服務的概念 總體服務(Universal service)我們可利用企業組織內任一部門的電腦來傳送資訊給其他同仁 由於資訊可以在所有的電腦流通，執行不同業務不再需要更換電腦系統，所有工作都變的有效率了世新大學 ERP 實驗室多樣化網路世界裡的總體服務 網路技術其電器特性並不相容，無法把兩個網路的線直接相連 由於網路的封包格式和定址的方法更是不相容，就連橋接器也無法把兩個不同類型網路連成一個大網路世新大學 ERP 實驗室網際網路連線 一套能跨多種網路技術平台的總體服務架構，稱為網際網路連線(internetworking)可以連結各式各樣在實體網路上的硬體設備 必須建置支援總體服

4、務的軟體系統在所有的電腦上 網際網路(internet)可以是一兩個網路相連而成，也可以是好幾千個網路連結而成 可以沒電腦連上，也可以是數百部電腦相連而成世新大學 ERP 實驗室採用路由器相連的實體網路 路由器是用來連接不同類型網路的基本硬體元件 一部執行網路互連功能的特定電腦 擁有傳統的處理器、記憶體、和每種網路相連的網路輸出介面 和路由器連線並沒有使用何種網路技術的限制 連接兩個LAN 一個LAN 和一個WAN 兩個WANnetnet路由器世新大學 ERP 實驗室網際網路的架構 雖然圖中每個路由器都正好有兩條連接網路的線，商業化的路由器是可以銜接兩個以上的網路 我們可以把圖中四個網路全部用

5、一個路由器來相連，但是我們不一定會這麼做，因為 處理封包 更改傳遞封包的路徑世新大學 ERP 實驗室總體服務的實現 路由器必須能把從發送電腦的網路傳來的資訊再轉送到接收電腦所在的另一個網路上 轉送資訊的工作並不簡單，因為網路的訊框格式和定址方法皆不盡相容世新大學 ERP 實驗室一個虛擬的網路 總體服務包括 將每部電腦設定一個位址和提供電腦送訊框到另一部電腦的功能 網際網路軟體把底層實體網路的訊框格式和定址方式全部包在裡面，讓使用者或應用程式不用操心電腦裡裝何種類型的網路介面卡或哪種路由器相連 網際網路就像一個抽象的虛擬網路世新大學 ERP 實驗室一個虛擬的網路(Cont)hosthosthos

6、thosthosthosthost世新大學 ERP 實驗室一個虛擬的網路(Cont)hosthosthosthosthosthostnet 1net 3 net 5net 4net 2host世新大學 ERP 實驗室網際網路所需的通訊協定 TCP/IP 通訊協定 1970 年代由ARPA(Advanced Research Projects Agency)推動 1980 年代中期，美國的國家科學基金會NSF(National Science Foundation)推動世新大學 ERP 實驗室網際網路連線和TCP/IP 的重要性 全球網際網路(global Internet)超過210 國家 超

7、過8200 萬部電腦世新大學 ERP 實驗室分層與TCP/IP 通訊協定 TCP/IP 參考模式中的四層可對應到ISO 模式的一或多層，但ISO 模式沒有網際網路層應用層(Application)傳輸層(Transport)網際網路層(Internet)網路介面層(Network Interface)實體層(Physical)描述應用程式如何使用網際網路，此層對應ISO 模式的第六層和第七層描述如何保證安全可靠的資料傳送機制，此層和ISO 模式的第四層相同描述網際網路封包的傳送格式和封包經由路由器的轉送機制描述訊框的組成和傳送訊框至實體網路的機制，此層和ISO 模式的第二層相同描述基本網路硬體

8、規範和ISO 模式的第一層相同第五層第四層第三層第二層第一層世新大學 ERP 實驗室主機電腦、路由器、和通訊協定 主機電腦(host computer)在TCP/IP 世界中代表任何一部連上網際網路的電腦系統 主機和路由器兩者都必須安裝TCP/IP 通訊軟體世新大學 ERP 實驗室總結 一個網際網路是一群實體的網路用路由器相互連接而成的 和網際網路相連的電腦我們通稱為主機 一個網際網路像是單一的通訊系統，任兩部連上網路的主機就像是直接連上同一個實體的網路一樣 單一通訊系統是由網際網路的通訊協定軟體所虛擬的 TCP/IP 已被公認為提供網際網路連線最重要的通訊協定世新大學 ERP 實驗室Agen

9、da 網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 主從架構的互動世新大學 ERP 實驗室主從架構的互動 簡介 應用軟體程式提供的功能 網際網路提供的功能 聯繫的方法 主從架構的樣板 客戶端和伺服端的特性 伺服端程式和伺服等級的電腦 要求、回應、和資料流的方向 傳輸通訊協定和主從架構的互動 在一部電腦裡提供多種服務 特定服務的識別 單一伺服服務的多重複製 動態伺服程式的建立 傳輸通訊協定和不矛盾通訊 連線式與非連線式傳輸 透過多種通訊協定的服務通達性 複雜的主從架構互動 互動和循環等待關係 總結世新大學 ERP 實驗室簡介 本章在介紹高層次網際網路應用或應用軟體程式所提供的服務 解說用來建構網路應用和

10、軟體資料結構所需的基本原則、技術、和程式應用介面 主從架構(client-server)的互動，包括主從架構的基本模式和互動所需的通訊協定運作方式世新大學 ERP 實驗室應用軟體程式提供的功能 應用軟體提供使用者存取所需的高層次服務，和決定使用者如何看待底層網際網路的功能 收送電子郵件、瀏覽資料檔案、或傳送檔案至另一部電腦 應用程式用符號名稱來定義網際網路上有用的實體和抽象資源 替電腦和I/O 設備如印表機取名字，也替抽象的項目如電腦檔案、電子郵件信箱、和資料庫取名字世新大學 ERP 實驗室網際網路提供的功能 通用的通訊基礎架構叫做通訊協定軟體 不知道何時開始和遠端電腦聯繫 也不知道遠端電腦何

11、時接受到此一通訊要求 提供不同服務的叫做應用軟體程式 提供那些服務 那些電腦會執行這些服務 如何讓這些服務眾所皆知 如何使用這些服務世新大學 ERP 實驗室聯繫的方法 通訊協定軟體無法通知應用程式開始通訊，而應用程式也無法接受任意的訊息 應用系統並不等待任何訊息到達而是期待在和外界通訊前先和通訊協定軟體做溝通 應用程式需先告知本機的通訊協定軟體所期待的特定訊息為何，然侯等待之 當碰巧有吻合的新進訊息出現時，通訊協定軟體會將此訊息轉交給正等待的中的應用程式 當然要通訊的兩個應用程式不能同時都在等待相同的訊息型態，必須是其中之一主動的起始互動，而此時另一個早已被動在等待中世新大學 ERP 實驗室主

12、從架構的樣板 主從架構的互動模式(client-server paradigm of interaction)主字即代表客戶端(client)，主動起始聯繫的應用程式 從字即代表伺服端(server)，被動等待聯繫的應用程式世新大學 ERP 實驗室客戶端和伺服端的特性 客戶端軟體系統 可以是任何一個應用程式，當需要作遠端存取時，即刻暫時變成一客戶端應用程式 是被使用者直接呼叫的程式，而且每次和伺服端執行一次交談(session)通常在使用者的個人電腦上執行 主動的起始和伺服端的聯繫 視需要可以存取多個服務，但每次只和一個遠方伺服端聯繫 不需要特別的硬體設備或複雜的作業系統世新大學 ERP 實驗

13、室客戶端和伺服端的特性(Cont)伺服端軟體系統 是一個具有特殊功能的程式，專門用來提供某種特定的服務，而且能夠同時處理多個遠方客戶端的服務需求 是在系統啟動時就自動被啟動的程式，而且能連續和客戶端執行多次交談 在一部共用的電腦系統上執行 被動的等待任何遠方客戶端的聯繫 接受任何遠方客戶端的聯繫，但只提供單一服務 需要較昂貴高級的硬體設備或較複雜的作業系統世新大學 ERP 實驗室伺服端程式和伺服等級的電腦 伺服(server)是指一個被動等待通訊的程式，而不是指執行此程式的電腦 配備有快速的CPU，大容量的記憶體，和功能齊備的作業系統之電腦稱呼為伺服等級的電腦(server-class com

14、puter)世新大學 ERP 實驗室要求、回應、和資料流的方向 在客戶端與伺服端之間可以兩方向互送資訊 客戶端送出一個要求至伺服端，而伺服端送出一個回應給客戶端 客戶端送出一連串的要求，而伺服端也回送一連串的回應 只要客戶端一連上伺服端，伺服端便開始傳送資料的作業，伺服端可以主動的提供連續的輸出而不用任何客戶端的要求 伺服端可以接收新資訊也可以傳送新資訊出去世新大學 ERP 實驗室傳輸通訊協定和主從架構的互動 客戶端與伺服端透過傳輸通訊協定來互相通訊 每部電腦都需要一套完整的通訊協定堆疊方能執行客戶端或伺服端之應用程式客戶程式傳輸層網際網路層網路介面層 客戶程式傳輸層網際網路層網路介面層 網路

15、介面層客戶端程式 伺服端程式世新大學 ERP 實驗室在一部電腦裡提供多種服務特定服務的識別 足夠的硬體資源(如快速的CPU 和超大容量的記憶體)能同時執行多個應用程式的作業系統(如UNIX或Windows 2000)客戶程式1傳輸層網際網路層網路介面層 客戶程式2傳輸層網際網路層網路介面層 伺服程式1傳輸層網際網路層網路介面層 伺服程式2Internet客戶端程式1客戶端程式2 伺服端程式1 伺服端程式2世新大學 ERP 實驗室特定服務的識別 傳輸通訊協定提供一個允許客戶端程式能清楚的指定其對應的伺服端程式的機制 此機制即是分配給每一種服務一個唯一的識別號碼(identifier)當客戶端送出

16、一個要求時，客戶端的傳輸通訊協定傳送此識別號碼至伺服端的傳輸通訊協定，然後伺服端的傳輸通訊協定再根據此識別號碼來選擇由那一個伺服程式來處理這個要求 TCP傳輸通訊協定用一16 位元正整數的服務識別號碼稱之為通訊協定埠號碼(protocol port number)，並且分配唯一的通訊協定埠號碼給每一個服務世新大學 ERP 實驗室單一伺服服務的多重複製 同時執行程式 電腦系統中允許多個程式在同一時間執行的功能稱為同時執行(concurrency)一個程式可以有不只一個控制執行緒(thread)具有同時執行功能的伺服端程式可提供多個客戶端程式同時來存取 基本上，每個客戶端的要求都交給個別複製的伺服

17、程式來處理世新大學 ERP 實驗室動態伺服端程式的建立 伺服端程式可分為兩個部份 接受要求與建立新執行緒的程式碼(主執行緒)處理各別要求的程式碼(服務執行緒)N 個客戶端程式存取在單一電腦上執行的特定服務，將有N+1 個執行緒同時執行世新大學 ERP 實驗室傳輸通訊協定和不矛盾通訊 在伺服端電腦上的傳輸通訊協定可以用客戶端與伺服端兩者的識別號碼來選擇已建立好的對應伺服端處理程式 TCP要每個客戶端程式選擇一個本機尚未使用的通訊協定埠號碼，當它送出一個TCP封包時，客戶端程式需將其本機的通訊協定埠號碼填入來源埠欄位(source port)，再將伺服端程式的通訊協定埠號碼填入目的地埠欄位(des

18、tination port)在伺服端電腦上，TCP將合併來源與目的地通訊協定埠號碼(同時包括客戶端與伺服端的IP 位址)來做為識別某一特定連線時使用世新大學 ERP 實驗室連線式與非連線式傳輸 當傳輸通訊協定使用連線通訊模式(connection oriented model)時，兩應用程式須先建立一條連線，然後再透過此連線傳送資料 如TCP:Transmission Control Protocol 當採用非連線式傳輸通訊協定(connectionless)時，發送端應用程式必須在每個送出的訊息指定其目的地 如使用者資料包通訊協定(UDP:User Datagram Protocol)世新大

19、學 ERP 實驗室透過多種通訊協定的服務通達性 伺服端程式不一定要在連線及非連線傳輸上做選擇，它可以同時提供兩種選擇 直接的方法：用兩個提供相同服務的伺服端程式，一個用非連線式傳輸，而另一個用連線式傳輸 較複雜的方法：用單一伺服端程式同時和兩種或以上的傳輸通訊協定做互動世新大學 ERP 實驗室複雜的主從架構互動 不限制一個客戶端程式存取單一種服務 不限制一個客戶端程式對單一伺服端程式存取單一種服務 不限制一個伺服端程式去執行再一層的主從式互動世新大學 ERP 實驗室互動和循環等待關係 伺服端程式必須小心翼翼的避免循環等待的狀態發生 E.g.,檔案伺服端程式變成時間伺服程式的客戶端程式，而時間伺服端程式又恰巧是檔案伺服端程式的客戶端程式 找出一對相互等待的伺服端程式並不難，但要找出一組組相互等待的伺服端程式就不那麼容易了世新大學 ERP 實驗室總結 所有網際網路應用程式都用主從式架構的通訊模式來做互動，被動等待聯繫的程式稱為伺服端程式，主動和伺服端程式聯繫的稱為客戶端程式 客戶端程式通常由使用者在個人電腦上啟動執行，而伺服端程式則通常是在具有複雜的作業系統之大型伺服等級的電腦上執行 客戶端與伺服端程式用傳輸通訊協定來互相通訊 為了允許多種服務的伺服端程式在一部電腦上執行，每個服務都指定唯一的識別代號 同時執行功能是主從架構的基本功能之一