电脑与网际网路

一個虛擬的網路 (Cont’)
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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
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Agenda
• 網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 • 主從架構的互動
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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
• 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
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Computer Networks and Internets 電腦與網際網路
Douglass E. Comer
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Agenda
• 網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 • 主從架構的互動
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Agenda
• 網際網路連線：觀念、架構、及通訊協定 • 主從架構的互動
– 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WAN
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路由器
net
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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
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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
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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
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一個虛擬的網路 (Cont’)
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– 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
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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
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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 computer)
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要求、回應、和資料流的方向
Internet
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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
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)
客戶端程式1 客戶程式1
傳輸層 網際網路層 網路介面層 伺服端程式1 伺服程式1 伺服端程式2 伺服程式2 客戶端程式2 客戶程式2 傳輸層 網際網路層 網路介面層 傳輸層 網際網路層 網路介面層
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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
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應用軟體程式提供的功能
第一層
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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
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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
• 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
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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
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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 客戶端程式 傳輸層 網際網路層 網路介面層 客戶程式 伺服端程式 傳輸層 網際網路層 網路介面層
網路介面層
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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
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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
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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
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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
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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 – 超過8200萬部電腦
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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) 第三層 網際網路層 (Internet) 網路介面層 (Network Interface) 實體層 (Physical) 第二層 第五層 第四層 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 描述基本網路硬體規範和 ISO模式的第一層相同
主從架構的樣板
• 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
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客戶端和伺服端的特性
• 客戶端軟體系統
– 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
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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 • 分層與TCP/IP通訊協定 • 主機電腦、路由器、和 通訊協定 • 總結
– 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
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採用路由器件
• 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
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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
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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)