《互联网的应用》PPT课件.ppt

第9章互联网的应用,计算机网络与通信(第2版),课件制作人：陈伟刘会衡,第9章互联网的应用,9.1应用层概述9.2Internet中的应用层9.3万维网(WWW)9.4文件传送协议(FTP)9.5远程登录(TELNET)9.6电子邮件(E-mail)9.7USENET9.8应用进程跨越网络的通9.9多媒体通信,课件制作人：陈伟刘会衡,9.1应用层概述,应用层是OSI体系结构的最高层，它为最终用户提供服务。应该指出，应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协议。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。有一种观点这样来看应用层：把所有经过标准化的协议放在应用层之内，而将应用进程和所有未经过标准化的协议放在应用层之上，它们通过调用应用层所提供的服务来完成自己的功能。应用层协议与用户的关系最为密切，因为用户使用网络往往要通过应用层协议。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.2Internet中的应用层,9.2.1域名系统(DNS)1983年Internet开始采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用域名系统(DNS)。DNS被设计成一个联机分布式数据库系统，并采用客户-服务器(C/S)模式。系统由若干个服务器组成，即使某个出故障，也不会妨碍系统的正常运行，因而DNS是十分可靠的。这样的服务器称为域名服务器。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.2.1域名系统(DNS),域名的转换过程是：当某一应用进程需要将主机名映射为IP地址时，该应用进程就成为DNS的一个客户，并将待转换的域名放在DNS请求报文中，以UDP数据报方式发给本地域名服务器。本地域名服务器在查找到域名后，将对应的IP地址放在回答报文中返回。应用进程获得目的主机的IP地址后即可进行通信。若域名服务器不能回答该请求，则此域名服务器就暂时成为DNS中的另一个客户，直到找到能够回答该请求的域名服务器为止。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.2.2Internet域名结构,Internet采用层次树状结构的命名方法，使得任何一个连接在Internet上的主机都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。域名结构为:三级域名.二级域名.顶级域名每一级的域名都由英文字母(或中文汉字)和数字组成(不超过63个字符，且不区分大小写字母)域名系统不规定一个域名需包含多少个下级域名，也不规定每一级域名代表什么意义。各级域名由其上一级的域名管理机构管理，最高的顶级域名由Internet的有关机构NIC管理。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.2.2Internet域名结构,现在顶级域名分如下三类：(1)通用顶级域名最早的顶级域名共6个，即：com(表示公司企业)net(表示网络服务机构)edu(表示教育机构)org(表示非赢利组织)gov(表示政府部门)mil(表示军事部门)。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.2.2Internet域名结构,(2)国家顶级域名，如：cn(表示中国)uk(表示英国)nl(表示荷兰)jp(表示日本)(3)国际顶级域名，int(表示国际性组织)。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.2.2Internet域名结构,因Internet用户剧增，后来新增了7个通用顶级域名：firm(表示公司企业)shop(表示销售公司和企业，以前曾为store)web(表示突出万维网活动的单位)arts(表示文化、娱乐单位)rec(表示消遣、娱乐单位)info(表示提供信息活动的单位)nom(表示个人),课件制作人：陈伟刘会衡,9.2.2Internet域名结构,在国家顶级域名下注册的二级域名由该国家自行确定。中国将二级域名划分为“类别域名”和“行政区域名”两大类。其中“类别域名”共6个：ac(表示科研机构)com(表示工商、金融等企业)edu(表示教育机构)gov(表示政府部门)net(表示互连网络、接入网络的信息中心和运行中心)org(表示非赢利性组织)。“行政区域名”共34个：如bj(北京)、hb(湖北)等。在我国，edu下申请注册三级域名由中国教育和科研计算机网(CERNET)的网络中心负责，其余二级域名下申请注册三级域名由中国互联网网络信息中心(CNNIC)负责。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.3万维网(WWW),万维网(WWW)简称Web，是一种特殊的结构框架，它能够方便用户访问遍布在Internet网上数以万计的计算机上的链接文件。万维网是一个分布式的超媒体系统，它是超文本系统的扩充，万维网以C/S模式工作。整个系统由浏览器、Web服务器和HTTP协议三部分组成。浏览器是指在用户计算机上运行的万维网客户程序。万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，因此这个计算机称为Web服务器。客户程序向服务器程序发出请求，服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档。在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.3.1统一资源定位符(URL),统一资源定位符(URL)可用来从Internet上给任何可被访问的对象提供标志。实际上，URL是与Internet相连的计算机上的任何可访问对象的一个指针。由于对不同对象的访问方式不同(如通过www、FTP等)，所以URL还指出读出某个对象时所使用的访问方式。URL的一般格式如下(不区分大小写)：:冒号左边是URL的访问方式，冒号右边表示资源的位置URL有一个弱点：必须指明该资源的所在地。通用资源标志符(URI)可使一个资源的名字与位置无关，甚至与访问方式无关。URI还在发展之中。,课件制作人：陈伟刘会衡,URL可使用的访问方式,课件制作人：陈伟刘会衡,URL,URL一般形式为：/:例如：http:/www.CCTV.com,课件制作人：陈伟刘会衡,9.3.2超文本传送协议(HTTP),HTTP是面向事务的应用层协议，主要用于对域名服务器和分布式对象进行管理，支持传送任意类型数据对象，以满足Web服务器与客户之间的多媒体通信的需要。HTTP是基于TCP连接的。在Web服务器上，HTTP以网页形式来发布多媒体信息。网页一般采用超文本标记语言来编写，可利用工具软件(如FrontPage、Dreamweaver等)方便地编写网页。利用ASP、JSP、PHP等工具软件可通过创建服务器端脚本来实现动态交互式页面和应用程序。,课件制作人：陈伟刘会衡,万维网的工作过程示意图,万维网网点的服务器进程不断地监听TCP的端口80，以便发现是否有游览器(即客户进程)向它发出连接建立请求。一旦监听到连接建立请求并建立了TCP连接之后，浏览器即向服务器发出浏览某个页面的请求，服务器接着就返回所请求的页面作为响应。完成任务后，TCP连接被释放。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.3.3超文本标记语言(HTML),超文本标记语言(HyperTextMarkupLanguage，HTML)是一种制作标准化的万维网页面的标准语言。HTML定义了许多用于排版的命令，即标签，HTML将各种标签嵌入到万维网的页面中，构成HTML文档。HTML文档可用任何文本编辑器来创建。注意，仅当HTML文档以.html或.htm为后缀时，浏览器才对这样的HTML文档的标签进行解释，否则浏览器只能看见原来的文本文件。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.3.3超文本标记语言(HTML),创建Web页面可以不直接书写HTML文档，可以借助多种软件来制作Web页面。HTML文档主要由两大部分(元素)组成：首部和主体。首部包含文档的标题及系统用来标志文档的一些其他信息。浏览器工作时，其标题栏显示的是HTML文档的标题。主体往往由段落、表格、列表等更小的元素组成。HTML用一对或N对标签(即一个开始标签和一个结束标签)来标志一个元素，标签名不区分大小写，但人们习惯用大写字符，有一些结束标签可省略。,课件制作人：陈伟刘会衡,常用的HTML标签及简要说明,课件制作人：陈伟刘会衡,常用的HTML标签及简要说明（续）,课件制作人：陈伟刘会衡,HTML说明,注意，当浏览器显示HTML文档时，连续的空格、回车和换行都被当成是一个空格。新浪网表示将页面中的“新浪网”四个字作为一个超链接的起点，链接到新浪网www服务器上。若这个超链接的起点是一幅新浪网图标的照片(假设其文件为sina.gif)，则这个超链可写为。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.4文件传送协议(FTP),9.4.1FTP概述文件传送协议(FileTransferProtocol，FTP)是Internet上使用得较多的文件传送协议。FTP提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。FTP屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。FTP提供面向连接的服务，它是基于TCP连接的，是文件共享协议中的一大类，即复制整个文件。文件共享协议中的另一大类是联机访问。联机访问意味着允许多个程序同时对一个文件进行存取。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.4.2FTP的主要工作原理,在网络环境中的一项基本应用就是将文件从一台计算机复制到另一台计算机中，但这往往是很困难的。经常遇到的问题是：(1)计算机存储数据的格式不同；(2)文件命名规定不同；(3)对于相同的功能，操作系统使用的命令不同；(4)访问控制方法不同。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.4.2FTP的主要工作原理,FTP只提供文件传送的一些基本服务，使用TCP可靠的传输服务。FTP的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。FTP使用C/S模式。一个FTP服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP的服务器进程由两大部分组成：一个主进程和若干个从属进程。前者负责接受新的请求，后者负责处理单个请求。,课件制作人：陈伟刘会衡,主进程的工作步骤,(1)打开熟知端口(端口号为21)，使客户进程能够连接上；(2)等待客户进程发出连接请求；(3)启动从属进程来处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的要求处理完毕后即终止，但从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程；(4)回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发进行的。,课件制作人：陈伟刘会衡,FTP的工作原理,图中的服务器端有两个从属进程：控制进程和数据传送进程。为简单起见，服务器中的主进程没有画上。在客户端，还有一个用户界面进程用来与用户接口。,课件制作人：陈伟刘会衡,在进行文件传输时，FTP的客户和服务器之间要建立两个连接：控制连接和数据连接。FTP客户所发出的传送请求通过控制连接发送给控制进程，但控制连接并不用来传送文件，实际用于传输文件的是数据连接。控制进程在接收到FTP客户发送来的文件传输请求后，创建一个数据传送进程和一个数据连接，并将数据连接连接到数据传送进程，数据传送进程实际完成文件的传送，在传送完毕后关闭数据传送连接并结束运行。,FTP的工作原理,课件制作人：陈伟刘会衡,FTP的工作原理,当客户进程向服务器进程发出建立连接请求时，要寻找连接服务器进程的熟知端口(端口号为21)，同时还要告诉服务器进程自己的另一个端口号，用于建立数据传送连接。接着，服务器进程用自己传送数据的熟知端口(端口号为20)与客户进程所提供的端口号建立数据传送连接。由于FTP使用了两个不同的端口号，所以数据连接与控制连接不会发生混乱。使用两个独立的连接的主要好处是使协议更加简单和更容易实现，同时在传输文件时还可以利用控制连接,课件制作人：陈伟刘会衡,9.4.3简单文件传送协议(TFTP),简单文件传送协议(TrivialFileTransferProtocol,TFTP)是一个很小且易于实现的文件传送协议。虽然TFTP也使用C/S模式，但它使用UDP数据报，因此TFTP有自己的差错改正措施。TFTP只支持文件传输而不支持交互。TFTP没有一个庞大的命令集，没有列目录的功能，也不能对户进行身份鉴别。,课件制作人：陈伟刘会衡,TFTP的优点,第一，TFTP可用于UDP环境。第二，TFTP代码所占的内存较小。这对较小的计算机或某些特殊用途的设备是很重要的。这些设备不需要硬盘，只需要固化TFTP、UDP和IP的小容量只读存储器即可。,课件制作人：陈伟刘会衡,TFTP的主要特点,(1)每次传送的数据PDU中有512字节的数据，但最后一次可不足512字节。(2)数据PDU也称为文件块(block)，每个块按序编号，从1开始。(3)支持ASCII码或二进制传送。(4)可对文件进行读或写。(5)使用很简单的首部。,课件制作人：陈伟刘会衡,TFTP的工作很像停止等待协议,发送完一个文件块后就等待对方的确认，确认时应指明所确认的块编号。发完数据后在规定时间内收不到确认就要重发数据PDU。发送确认PDU的一方若在规定时间内收不到下一个文件块，也要重发确认PDU。这样就可保证文件的传送不致因某一个数据报的丢失而告失败。,课件制作人：陈伟刘会衡,TFTP的工作很像停止等待协议,在一开始工作时。TFTP客户进程发送一个读请求PDU或写请求PDU给TFTP服务器进程，其熟知端口号为69。TFTP服务器进程要选择一个新的端口和TFTP客户进程进行通信。若文件长度恰好为512字节的整数倍，则在文件传送完毕后，还必须在最后发送一个只含有首部而无数据的数据PDU。若文件长度不是512字节的整数倍，则最后传送数据PDU的数据字段一定不满512字节，这正好可作为文件结束的标志。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.4.4网络文件系统(NFS),1NFS的主要特点NFS可使本地计算机共享远地的资源，就像这些资源在本地一样。由于NFS原先是SUN公司在TCP/IP网络上创建的，因此目前NFS主要应用在TCP/IP网络上。然而现在NFS也可在OS/2、Windows、NetWare等操作系统上运行。NFS允许应用进程打开一个远地文件，并能够在该文件的某一个特定的位置上开始读写数据。这样，NFS可使用户只复制一个大文件中的一个很小的片段，而不需要复制整个大文件。,课件制作人：陈伟刘会衡,1NFS的主要特点,从用户的观点看，NFS几乎是不可见的，它被集成在操作系统的文件系统中，用普通的系统调用即可访问NFS文件。通过对NFS的配置，可使计算机的文件系统创建一个特殊的目录与远地计算机相关联。每当一个应用程序请求一个文件操作时，计算机的文件系统根据被操作文件所在目录就知道应将此请求传递给本地文件系统还是NFS客户软件。,课件制作人：陈伟刘会衡,2远程过程调用(RPC),NFS由三个独立的部分组成，即NFS协议本身、通用的远程过程调用(RPC)和通用的外部数据表示(XDR)。这样做的好处是为了使其他软件也可使用RPC和XDR。NFS本身并未提供新的系统调用。一旦配置了NFS，应用程序存取远程文件的操作就如同使用本地文件一样。但是，RPC和XDR都提供让编程人员构造分布式程序的机制。RPC也是采用C/S模式。RPC机制屏蔽了所有的协议细节，使得编程人员几乎不需要了解下层通信协议就可编写分布式程序。,课件制作人：陈伟刘会衡,3外部数据表示(XDR),XDR为编程人员提供了一种在异构计算机间传递数据的方式，而不再要求编程人员编写用于转换数据表示的程序。XDR的主要优点是它把许多数据转换任务自动化。编程人员不需要人工输入XDR过程调用。他们只需要让程序给XDR编译程序提供需要转换数据的说明，编译程序就能自动产生具有所需XDR库调用的程序。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.5远程登录(TELNET),TELNET是一个简单的远程终端协议。用户用TETNET就可在其所在地通过TCP连接注册(即登录)到远地的另一个主机(主机名称或IP地址)上。TELNET能把用户的击键传到远地主机，同时也能把远地主机的输出通过TCP连接返回到用户屏幕。这种服务是透明的，因为用户感觉到好像键盘和显示器是直接连在远地主机上。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.5远程登录(TELNET),TELNET使用C/S模式。在本地系统运行TELNET客户进程，而在远地主机则运行TELNET服务器进程。和FTP的情况相似，服务器中的主进程等待新的请求，并产生从属进程来处理每个链接。,课件制作人：陈伟刘会衡,TELNET使用NVT格式,客户软件把用户的击键和命令转换成NVT格式，并送交服务器。服务器软件把收到的数据和命令，从NVT格式转换成远地系统所需的格式。向用户返回数据时，服务器将远地系统的格式转换为NVT格式，本地客户再从NVT格式转换到本地系统所需的格式。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6电子邮件(E-mail),E-mail是Internet上使用最多的一种应用。电子邮件将邮件发送到收信人的电子邮箱中，收信人可随时读取。它具有传递迅速和费用低廉(甚至免费)的优点。它不仅可传送文字信息，而且还可传送附件(文本、声音、图像等多媒体信息)。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6电子邮件(E-mail),最初的电子邮件系统的功能很简单，仅仅由文件传输协议组成。1982年简单邮件传送协议SMTP(传输协议)和Internet文本报文格式(消息格式)推出。它们都是Internet的正式标准。由于Internet的SMTP只能传送可打印的ASCII邮件，1993年推出了通用Internet邮件扩充(MIME)，可以同时传送多种类型的数据(文本、声音、图像、视频等)，通过对邮件和附件编码，减少了不必要的开销。,课件制作人：陈伟刘会衡,电子邮件系统示意图,用户代理(UserAgent，UA)是一个在本地运行的程序，用于发送和接收邮件。E-mail的工作过程遵循C/S模式。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6电子邮件(E-mail),TCP/IP体系的电子邮件系统规定电子邮件地址格式如下：收信人邮箱名邮箱所在主机的域名电子邮件在发送和接收的过程中要遵循一些基本协议和标准，如SMTP、POP3、MIME等，大多数E-mail客户端软件都支持上述协议和标准，如OutlookExpress、Foxmail、Eudora，以及InternetExplore和Navigator中的E-mail部件等。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6.1简单邮件传送协议(SMTP),简单邮件传送协议(SMTP)是Internet上基于TCP/IP的应用层协议，适用于主机与主机间的电子邮件交换。它的特点是简单，它只定义了邮件发送方和接收方之间的连接传输，将电子邮件由一台计算机传送到另一个计算机，而不规定其他操作，如发信人如何将邮件提交给SMTP、邮件的接收、邮件的格式安排、邮件存储等。Internet上几乎都使用SMTP来传送电子邮件。SMTP只能传送ASCII码邮件，而对于一些二进制数据文件则需要进行编码才能传输(附件用UUEcode程序编码)，其传输效率不高。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6.1简单邮件传送协议(SMTP),STMP使用C/S模式，在因特网中通过在源计算机和目的计算机的第25号端口之间建立TCP连接来传送电子邮件。监听该端口的是一个使用SMTP电子邮件收发的后台程序(daemon)。这个程序接收到来的连接，并将消息复制到合适的邮箱中。如果消息无法递交，包含未传递消息第一部分的错误报告将返回给发送者。SMTP规定了14条命令和21种应答信息。每条命令由4个字母组成，应答信息一般只有一行，由一个3位数字的代码开始，后面附上(也可不附上)文字说明。,课件制作人：陈伟刘会衡,SMTP通信的三个阶段,1连接建立发信人先将要发送的邮件送到邮件缓冲区。SMTP客户每隔一定时间对邮件缓冲区扫描一次。若发现有邮件后，就使用SMTP的25号端口与目的主机的SMTP服务器(25号端口)建立TCP连接。在连接建立后，SMTP服务器要发出信息“220Serviceready”。然后SMTP客户向SMTP服务器发送HELO命令，并附上发送方的主机名。此时SMTP服务器若可以接收邮件，则回答“250OK”，否则回答“421Servicenotavailable”。如在一定时间内发送不了邮件，则将邮件退还。,课件制作人：陈伟刘会衡,SMTP通信的三个阶段,2邮件传送邮件传送从MAIL命令开始。后面是发信人地址。若SMTP服务器已准备好接收邮件，则回答“250OK”，否则返回一个代码，指出原因。下面跟着一个或多个RCPT命令，将同一邮件发送给一个或多个收信人。每发送一个命令，都应当有相应的信息从SMTP服务器返回。再下面是DATA命令，表示要开始传送邮件内容了。接着SMTP客户发送邮件内容。发送完毕后，再发表示邮件内容结束。若邮件收到，则SMTP服务器返回“250OK”，否则返回差错代码。,课件制作人：陈伟刘会衡,SMTP通信的三个阶段,3连接释放邮件发送完毕后，SMTP客户应发送QUIT命令。SMTP服务器返回的信息是“221”(服务关闭)，表示同意释放TCP连接，邮件传送的全部过程结束。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6.2POP和IMAP,TCP/IP专门设计了一个提供对电子邮件信箱进行远程存取的协议，它允许用户的邮箱安置在某个运行邮件服务器程序的计算机(邮件服务器)上，并允许用户从其个人计算机对邮箱的内容进行存取。这就是邮局协议(POP)，现在流行的是它的第3版POP3，POP3于1993年成为了Internet标准。POP3关键之处在于从远程邮箱中读取电子邮件，并将它存在用户本地的计算机上以便以后读取。POP具有用户登录、退出、读取、删除消息的功能。它采用C/S模式工作。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6.2POP和IMAP,另一种较复杂的协议是Internet邮件访问协议(IMAP)。其第4版称为IMAP4，是POP3的一种替代协议。与POP不同的是，IMAP4允许用户动态创建、删除或重命名邮箱。IMMP4不把电子邮件复制到用户的个人计算机上。IMAP4还提供邮件检索和处理的扩展功能。用户不用检索整个邮件就可以获得一个邮件的信息，可检查其首部字段，可搜索一指定字符串，可检索邮件中指定的部分。这意味着用户不需要下载无用的信息。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.6.3其他协议,其他协议包括扩通用Internet邮件扩充(MIME)、增强私密邮件保护(PEM)和PGP等。MIME解决了传送非ASCII码文件和非文字性附件(图像、视频、声音等)的问题。PEM解决人们关注的邮件的私密性问题。PEM目前尚未提供存取控制和防止接收方否认等安全功能。PGP是一个完整的电子邮件安全软件包，可以实现加密、鉴别、电子签名和压缩等技术。PGP是一个基于RSA公钥加密体系的邮件加密软件，但不是Internet的正式标准。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.7USENET,9.7.1USENET概述网络新闻(netnews)是计算机网络界曾经非常普及的一个应用。它是一个世界范围的新闻组系统，常称USENET。一个新闻组是一个关于特定话题的世界级论坛，对话题感兴趣的人可登记为新闻组的订户。订户可用特殊的用户代理新闻阅读器来读取投寄给新闻组的所有文章(消息)。事实上，一个新闻组从某种程序上说就像一个收件人地址列表，但其内部实现是完全不同的，它可被认为是某种高层次的多点播送。,课件制作人：陈伟刘会衡,USENET采用层次结构,权威的层次结构的最顶层,课件制作人：陈伟刘会衡,9.7.1USENET概述,每一类均可细分为许多子类，且可继续细分下去。如rec.sport是关于运动的，rec.sport.basktball.women是关于女子篮球的，等等。USENET中有很多行话，如BTW(bytheway,顺便说一句)、ROFL(rollingonthefloorlaughing，笑得在地上滚)，等等。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.7.2USENET的工作原理,一些较小的新闻组是由收件人地址列表实现的，但服务器可能会由于大量的电子邮件的到来而崩溃。一般USENET不用收件人地址列表的方法来实现。代之以每个站点在一个单独的目录下存储到来的文件，借用户的新闻阅读器去阅读。大多数USENET计算机采用NNTP(网络新闻传输协议)。每个USENET网点由新闻管理员来运作，USENET没有中央机构的协作可浏览USENET的客户端软件有OutlookExpress、Flymaic等。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.8应用进程跨越网络的通信,之前我们已经讨论了因特网使用的几种常用的应用层协议，这些应用协议使广大用户可以更加方便地利用因特网的资源。现在的问题是：如果我们还有一些特定的应用需要因特网的支持，但这些应用又不能直接使用已经标准化的因特网应用协议，那么我们该怎么处理呢？要回答这个问题，就要了解下面要介绍的系统调用和应用编程接口两个方面的内容。,课件制作人：陈伟刘会衡,多个应用进程使用系统调用的机制,课件制作人：陈伟刘会衡,多个应用进程使用系统调用的机制,当某个应用进程启动系统调用时，控制权就从应用进程传递给了系统调用接口。此接口再将控制权传递给计算机的操作系统。操作系统将此调用转给某个内部过程，并执行所请求的操作。内部过程一旦执行完毕，控制权就又通过系统调用接口返回给应用程序。因此，系统调用接口实际上就是应用程序的控制权和操作系统的控制权进行转换的一个接口。由于应用程序在使用系统调用之前要编写一些程序，特别是需要设置系统调用中的许多参数，因此这种系统调用接口又称为应用编程接口(ApplicationProgrammingInterface,API)。,课件制作人：陈伟刘会衡,应用编程接口（API）,由于TCP/IP协议族被设计成能运行在多厂商的环境中，因此TCP/IP标准没有规定应用程序与TCP/IP协议软件如何接口的细节，而是允许系统设计者能够选择有关API的具体实现细节。目前只有几种可供应用程序使用TCP/IP的API：最著名的就是美国加利福利亚大学伯克利分校为BerkeleyUNIX操作系统定义的一种API，它又称为插口接口(socketinterface)。微软公司在其操作系统中采用了插口接口API，形成了一个不同的API，并称为WindowsSocket。,课件制作人：陈伟刘会衡,应用进程通过插口接入到网络,课件制作人：陈伟刘会衡,应用进程通过插口接入到网络,当应用进程需要使用网络进行通信时就发出一个系统调用，请求操作系统为其创建一个“插口”，其实际效果是请求操作系统把网络通信所需要的一些系统资源分配给该应用进程。操作系统将这些资源的总和用一个号码来表示，然后把这个号码返回给应用程序。此后，应用进程所进行的网络操作(如建立连接、收发数据、调整网络通信参数等)都必须使用这个号码。在处理系统调用的时候，通过这个参数，操作系统就可以识别出应该使用哪些资源来完成应用进程所请求的服务。通信完毕后，应用进程通过一个关闭插口的系统调用通知操作系统回收与该“号码”相关的所有资源。,课件制作人：陈伟刘会衡,插口,插口是应用进程为了获得网络通信服务而与操作系统进行交互时使用的一种机制。也可以将插口看成是应用进程和网络之间的接口。插口和API是性质不同的接口，API是应用程序和操作系统之间的接口。在插口以上的进程是受应用程序控制的，而在插口以下的TCP协议软件以及TCP使用的缓存和一些必要的变量等，则是受计算机操作系统控制的。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.8.2服务器的两种工作方式,服务器都可工作在两种不同的方式：循环方式(iterativemode)和并发方式(concurrent)。循环方式就是在计算机中一次只运行一个服务器进程。当有多个客户进程请求服务时，服务器进程就按请求的先后顺序依次作出响应。并发方式则可在计算机中同时运行多个服务器进程，而每个服务器进程都对某个特定的客户进程作出响应。服务器可以使用无连接的UPD传输层协议，也可以使用面向连接的TCP传输层协议。因此，从理论上讲，我们可以有4种不同的服务器：无连接循环服务器、无连接并发服务器、面向连接循环服务器和面向连接并发服务器。不过在实际中人们只使用第一种和第四种。,课件制作人：陈伟刘会衡,1无连接循环服务器,课件制作人：陈伟刘会衡,1无连接循环服务器,最主要的特点就是：一个服务器在同一时间只能向一个客户提供服务。服务器收到客户的请求后，就发送UDP用户数据报响应该客户。但对其他客户发来的请求则暂时不予理睬，这些请求都在服务器端的一个队列中排队等候服务器的处理。当服务器进程处理完毕一个请求时，就从队列中读取来自下一个客户的请求，然后继续处理。这样的服务器只使用一个熟知端口。所有请求服务的客户都通过这个端口得到服务器的响应。每个客户则使用自己创建的临时端口(端口号自己设定)。,课件制作人：陈伟刘会衡,2面向连接并发服务器,图中的主服务器共创建了三个从属服务器，它们分别在三个临时端口和三个不同地点的客户建立三条TCP连接。客户都使用临时端口。,课件制作人：陈伟刘会衡,2面向连接并发服务器,服务器和多个客户之间必须建立多条TCP连接，而每条TCP连接要在其数据传送完毕后才能释放。工作方式：主服务器(就是原来的服务器)在熟知端口等待客户发出的请求。主服务器一旦收到客户的请求，就立即创建一个从属服务器，并指明从属服务器使用一个临时端口和该客户建立TCP连接，然后主服务器继续在原来的熟知端口等待其他客户发出的请求并提供服务。假定还有一个客户提出服务请求，主服务器就再创建出一个从属服务器，并指明它使用另一个临时端口和这个客户建立TCP连接。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.8.3进程通过系统调用接口进行通信的过程,无连接循环服务器的通信过程,1无连接循环服务器,课件制作人：陈伟刘会衡,1无连接循环服务器,(1)socket()调用，是用来创建一个插口。这个调用返回一个整数(即前面提到的“号码”)，其标准名称是“插口描述符”，该描述符唯一地定义这个新创建的插口。(2)bind()调用，指定插口所使用的IP地址和端口号，又称为“本地插口地址”。(3)recvfrom()调用，将到达插口的入队列中的下一个数据报提取出来。(4)sendto()调用，将一个数据报从出队列中取出，并用UDP发送给远地计算机的一个进程。远地计算机的插口地址是从上面的recvfrom()调用得到的。(5)close()调用，用来关闭一个插口。,课件制作人：陈伟刘会衡,2面向连接并发服务器,面向连接并发服务器的通信过程,课件制作人：陈伟刘会衡,2面向连接并发服务器,(1)listen()调用，是仅为TCP服务器使用的系统调用，其作用是使已经创建的插口变成被动插口，即监听插口(2)connect()调用，通常是客户进程使用的系统调用，其功能是向远地进程(通常是服务器)请求建立连接。(3)accept()调用，是TCP服务器使用的系统调用，其作用是从入队列中提取最前面连接请求。(4)fork()调用，创建一个和自己完全一样的从属进程(或子进程)。(5)read()调用，读取从远地计算机通过TCP连接传送到缓存中的数据。(6)write()调用，通过TCP连接将数据发送到远地计算机的缓存中。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.9多媒体通信,人们对信息的获取、处理和交流的需求本身就是多媒体。人们之间的交流往往通过视觉、听觉、触觉和嗅觉等各种感官并行处理。虽然设计和优化计算机网络的最初目的是传输数据，但是在网络上传输音频和视频等多媒体是人们的梦想。到20世纪90年代时，商业性的广播电台可以通过Internet发送音频，并且出现了允许个人在Internet或标准的电话网络上发送音频的软件。商业性的电话公司也开始使用IP技术在内部传送声音。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.9.1多媒体通信概述,媒体(media)就是人与人之间实现信息交流的载体，也称为媒质。多媒体(multimedia)就是多重媒体的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。多媒体通信是指能同时提供多种媒体信息(如文字、图形、图像、视频、动画等)的一种通信方式。它是多媒体技术、通信技术和计算机技术相结合的产物。,课件制作人：陈伟刘会衡,多媒体通信系统具有三个主要特征,集成性表现在多种信息媒体的集成和处理媒体的设备及系统的集成。交互性包括人机接口及用户终端与系统之间的应用层通信协议。同步性是指在多媒体通信中传输过程及终端播放过程对多媒体信息都能平滑协调同步。同步可以在链路层、表示层和应用层三个层面实现。,课件制作人：陈伟刘会衡,多媒体信息的主要特点,数据量大、突发性强且码率可变、数据类型的多样性与复合性。代表多媒体信息的数据流的码率是随着不同的信息内容、所处的不同时间而不断变化的，人们讲话时的停顿、所传场景图像中物体的运动、信息压缩等会形成码流速率的波动，而且这种波动往往呈现出较强的突发性。传输的各类信息存在很强的关联，对信息传输的同步性及实时性的要求也相当高。,课件制作人：陈伟刘会衡,多媒体通信对网络的要求,高速、宽带；低时延、低抖动；提供QoS保证；支持多种通信的交互性、实时性、突发性等综合特性。,课件制作人：陈伟刘会衡,多媒体通信业务,会议业务(多点间通信且双向信息交互业务，如视频会议)谈话业务(点对点通信且双向信息交互业务，如可视电话)分配业务(点对多点通信且单向信息交换业务，如VOD视频点播)检索业务(点对点通信且单向信息交换业务，如各类信息查询)采集业务(多点对一点通信且单向信息交换业务，如远程故障诊断、远程医疗)消息业务(点对点或点对多点通信且单向信息交换业务，如多媒体短信、语言或视频邮件)。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.9.2多媒体通信关键技术,IP互联网不是等时系统。数据报可以复制、延迟或不按顺序到达。延迟中的变化称为抖动，在IP网络中尤其普遍。为了允许用IP语义在网络上有意义地传输和再现数字信号，需要额外的协议支持。为了处理数据报复制和不按顺序的交付，每个传送必须包含一个序号。为了处理抖动，每个传送必须包含时间戳，告诉接收方应该在什么时候回放分组中的数据。在多媒体通信中主要采用多媒体信息处理技术和多媒体通信网络技术。,课件制作人：陈伟刘会衡,1多媒体信息处理技术,一般来说，多媒体信息数据量大，特别是音频、视频信息。为了实现有效存储、节约带宽、让多媒体信息在网络上更流畅传输，需要对音频、视频信息进行压缩编码处理。多媒体数据压缩编码技术是使多媒体信息处理技术走向实用化的关键技术之一。数据压缩编码的本质是在传输及存储信息时减少数据量，而不是减少信源的信息量。常见的图像压缩编码方法有统计编码、行程编码、预测编码、变换编码、第二代编码、混合编码(如大多数国际压缩编码标准H.26x、JPEG-x、MPEG-x和G.7xx)。,课件制作人：陈伟刘会衡,2多媒体通信网络技术,在多媒体通信中，由于多媒体信息的实时性，不能采用出错重传机制，而是考虑如果出现一帧图像出错或丢失时采用丢弃这一帧的方案现有通信网络大体分三类：第一类为电信网络；第二类为计算机网络；第三类为电视网络。目前应用广泛的基于TCP/IP的Internet，其基本协议不支持活动图像的传输，不能保证服务质量，在带宽、抖动、延迟方面难以达到要求。为解决这个问题，IETF制定了一些新的补充协议，如RTP、RSVP，以解决在Internet上连续媒体的同步和实时传输问题。,课件制作人：陈伟刘会衡,9.9.3多媒体通信的实时通信协议,IEFT提出了多种实时通信协议，主要有实时传输协议(RTP)、实时流协议(RTSP)、资源预留协议(RSVP)。,课件制作人：陈伟刘会衡,1实时传输协议(RTP)和实时传输控制协议(RTCP),RTP为实时媒体(交互式音频和视频)提供端到端的传输服务。RTP支持各种实时通信的应用，如同步的恢复、信号丢失的监测、安全保密和内容的识别等。RTP具有一种时间戳控制机制，可实现带有定时特性的不同信息流之间的同步，采用基于速率的流量控制机制，使得发送方与接收方协同工作。由于RTP封装了多媒体应用的数据块，因此可以将RTP看成是在UDP之上的一个传输层子层。但从应用开发者的角度来看，RTP不应当属于传输层，而应当是应用层的一部分。,课件制作人：陈伟刘会衡,1实时传输协议(RTP)和实时传输控制协议(RTCP),RTCP分组并不对多媒体数据分组进行封装，它主要用于周期性地在网上传送RTCP分组，监视RTP传输的服务质量，还提供媒体间的同步RTCP报文封装在UDP中，以便进行传输，发送时使用比它们所属的RTP流的端口号大1的协议号。流式传输时是将音频、视频等媒体通过音视频服务器向用户终端连续、实时地传送。采用流式传输，用户可以不必等整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或几十秒延时即可播放和观看。流式传输大大缩短了启动延时，同时也降低了对缓存容量的需求。,课件制作人：陈伟刘会衡,2实时流协议(RTSP),RTSP定义了一对多应用程序如何有效地通过Internet传送多媒体数据。它使用TCP或RTP完成数据传输。该协议的目的在于控制多个数据发送连接，为选择发送通道(如UDP、组播UDP与TCP)提供途径，并为选择基于RTP上的发送机制提供方法。RTSP属于应用层协议，用以控制具有实时特性数据的传送。它提供一种可扩展框架，控制多个传送会话。,课件制作人：陈伟刘会衡,2实时流协议(RTSP),RTSP建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体。尽管连续媒体流与控制流是可以交叉的，但是它本身并不发送连续流，即充当媒体服务器的网络远程控制的角色。RTSP的连接没有绑定到传输层连接，如TCP。在RTSP连接期间，用户可以打开或关闭多个对服务器的可靠传输连接，用来发送RTSP请求。另外，可使用无连接传输协议，如UDP。RTSP控制的数据流可使用RTP，但RTSP的操作并不依赖于这种传送连续媒体的机制。,课件制作人：陈伟刘会衡,RTSP支持三种操作,(1)从媒体服务器上检索媒体。用户可通过HTTP或其他方法提交一个演示描述。如演示是多播的，演示描述就包含用于连接媒体的组播地址和端口；如演示通过单播发送给用户，用户提供目的地址。(2)邀请媒体服务器进入会议。媒体服务器可被邀请参加正进行的会议，或回放媒体，或记录其中一部分或全部。此模式常用于分布式远程教育上，会议中几方可轮流远程控制按钮。(3)将媒体加到现成讲座中。服务器告诉用户可获得附加媒体内容，这对现场讲座尤其有用。RTSP请求可由代理、通道与缓存处理。,课件制作人：陈伟刘会衡,2实时流协议(RTSP),RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用RTP完成数据传输，可控制流媒体数据通过网络传输到客户端。RTSP还提供选择传输通道。RTSP是一个媒体播放器(mediaplayer)，能够控制媒体的流传输。因此对多媒体服务器来说，RTSP提供的是网络的远程控制。RTSP采用C/S工作模式，客户向媒体服务器(mediaserver)发出请求，媒体服务器提供对媒体流的控制。现在许多商品多媒体播放器和媒体服务器之间的控制都使用了这一标准协议(如RealPlayer等)。,课件制作人：陈伟刘会衡,3资源预留协议(RSVP),由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP是Internet上的资源预留协议，RSVP在业务流传送前先预约一定的网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路，从而保证每一业务流都有足够的“独享”带宽，因而能够克服网络的拥塞和丢包，提高QoS性能。,课件制作人：陈伟刘会衡,3资源预留协议(RSVP),RSVP提供一种描述应用程序对资源预约方式。RSVP属传输层，建立在IP协议之上，可以利用IP数据报传输RSVP消息。RSVP是一个单工协议，数据流的接收器为单向数据流进行预留，数据流发起和维护用于该流的资源预留。RSVP是一个面向用户端协议，由信宿负责资源预订，可以满足点到多点群通信中客户端异构的需求，每个客户端可以预订不同数量的资源，接收不同的数据流。,课件制作人：陈伟刘会衡,3资源预留协议(RSVP),RSVP提供动态适应成员关系的变化和动态适应路由变化的能力，在网络节点(如路由器)上被要求预留的资源包括缓冲区和带宽等，一般数据包通过位于网络节点上的“过滤器”使用预留资源。RSVP自身不是路由协议，要通过现有路由协议来工作，它通过查询路由来获得路由信息的变化。为了建立并维护分组数据传输通道中各交换机的状态，RSVP建立并维护一个信宿树。RSVP能够透明地通过不支持RSVP的节点，无须采用额外的隧道技术，不支持RSVP的路由器将通路信息包当做普通的信息包传送给接收方。,课件制作人：陈伟刘会衡,3资源预留协议(RSVP),RSVP是由接收方执行操作的协议。接收方决定预留资源的优先级，并对预留资源进行初始化和管理。RSVP是信令协议，在传送数据之前应先建立会话路径和预留所需的资源。RSVP在进行资源预留时采用了多播树的方式。,课件制作人：陈伟刘会衡,4基于分组交换网络的多媒体通信终端标准H.323,H.323系列标准分层结构,课件制作人：陈伟刘会衡,H.323标准,在H.323标准中，网络层采用IP协议，负责两个终端之间的数据传输。由于采用无连接的数据包，路由器根据IP地址(不需信令)把数据送到对方，但不保证传输的正确性。在IP层的上层用TCP保证数据顺序传送，一旦发现误码就要求重发。TCP不适用于实时性要求较高的场合，而对误码要求高的数据传送，则可采用TCP传输，诸如H.245通信协议及H.225呼叫信令的传送等。UDP采用无连接传输方式，用于传送实时音频、视频流。若有误码，则把该包丢掉，因为较少的等待时间对实时信息传输而言比误码纠正更重要，丢掉少量错误的数据包并不影响视听。,课件制作人：陈伟刘会衡,5会话启动协议(SIP),IETF提出了一种H.323的替代协议，称为会话启动协议(SessionInitiationProtocol，SIP)，它只涵盖信令，不推荐特殊的编码，也不要求对实时传输使用RTP。SIP是一个应用层的信令控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。SIP既不是会话描述协议，也不提供会议控制功能。为了描述消息内容的负载情况和特点，SIP使用Internet的会话描述协议(SDP)来描述终端设备的特点。,课件制作人：陈伟刘会衡,5会话启动协议(SIP),SIP自身也不提供服务质量，它与负责语音质量的RSVP互操作。它还与若干个其他协议进行协作，包括负责定位的轻型目录访问协议(LDAP)、负责身份验证的远程身份验证拨入用户服务(RADIUS)以及负责实时传输的RTP等多个协议。,课件制作人：陈伟刘会衡,5会话启动协议(SIP),SIP的重要特点是：它不定义要建立的会话的类型，而只定义应该如何管理会话。SIP的消息是基于文本的，因而易于读取和调试。SIP重用几个现有的比较成熟的Internet服务和协议，如DNS、RTP、RSVP等，不必再引入新服务对SIP基础设施提供支持，因为该基础设施很多部分已经到位或现成可用。,课件制作人：陈伟刘会衡,SIP会话使用4个主要组件,SIP用户代理(UA)是终端用户设备，如用于创建和管理SIP会话的移动电话、多媒体手持设备、PC、PDA等。用户代理客户机发出消息，用户代理服务器对消息进行响应。SIP注册服务器是包含域中所有用户代理的位置的数据库。在SIP通信中，这些服务器会检索参与方的IP地址和其他相关信息，并将其发送到SIP代理服务器。,课件制作人：陈伟刘会衡,SIP会话使用4个主要组件,SIP代理服务器接受SIPUA的会话请求并查询SIP注册服务器，获取收件方UA的地址信息。然后，它将会话邀请信息直接转发给收件方UA(如果它位于同一域中)或代理服务器(如果UA位于另一域中)。SIP重定向服务器允许SIP代理服务器将SIP会话邀请信息定向到外部域。SIP重定向服务器可以与SIP注册服务器和SIP代理服务器同在一个硬件上。,课件制作人：陈伟刘会衡,H.323和SIP的比较,H.323和SIP分别是通信领域与因特网两大阵营推出的建议。H.323符合通信领域传统的设计思想，它采用集中式、层次式控制。采用H.323协议便于与传统的电话网相连，只是传输方式发生了改变，由电路交换变成了分组交换。SIP协议借鉴了其他因特网的标准和协议的设计思想，在风格上遵循因特网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则，比较简单。,