互联网技术基础探究

5.1.1　计算机网络

计算机网络技术是由通信技术和计算机技术结合后出现技术，它以网络协议为基础，是连接全球内独立且分散的计算机的几盒。在连接过程中，双胶线、电缆、光纤、载波、微波或通信卫星是其连接介质。计算机网络不仅可以实现软件、硬件及数据资源的共享，而且还能集中管理、处理和维护共享的数据资源。

计算机网络的发展大体经历了三个阶段。在20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器。它可以和多个远程终端相连接，构成面向终端的计算机通信网。这种最简单的计算机网络称为第一代计算机网络。在第一代计算机网络中，计算机是网络的控制中心，终端围绕着中心分布在各处，从而将单一计算机系统的各种资源分散到了每个用户手中。但这种网络系统存在着一些缺点：如果计算机的负荷较重，会导致系统响应时间过长；而且，单机系统的可靠性一般较低，一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪。在第二代计算机网络中，多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体，在这种系统中，即使单机出现故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。但是，网络中相互通信的计算机必须高度协调工作，而这种“协调”是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，提出了层次模型。第三代计算机网络中，推出OSI参考模型，网络的发展道路一直走标准化道路，而网络标准化的最大体现就是Internet的飞速发展。Intelonet遵循CP／IP参考模型，仍然使用分层模型，因此，Internet仍属于第三代计算机网络。可以说第三代计算机网络就是体系结构标准化的计算机网络。

5.1.1.1　网络体系结构

现代的计算机网络是第三代计算机网络，它是体系结构标准化的计算机网络。网络体系结构的基本思想是为了减少计算机网络设计的复杂性，网络采用分层设计方法。

所谓分层设计方法，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层。分层设计方法将整个网络通信功能划分为垂直的层次集合后，在通信过程中下层将向上层隐蔽下层的实现细节。但层次的划分应首先确定层次的集合及每层应完成的任务。划分时应按逻辑组合功能，并具有足够的层次，以使每层小到易于处理。同时层次也不能太多，以免产生难以负担的处理开销。

本质上，分层模型描述了把通信问题分为几个小问题（称为层次）的方法，每个小问题对应于一层。依据分层模型，按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层。要想让两台计算机同等功能层之间进行通信，必须使它们采用相同的信息交换规则。我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议或通信协议。网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议，有关第N层的通信规则的集合，就是第N层的协议。而同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递，接口就是同一计算机的不同功能层之间的通信规则。

总的来说，协议是不同机器同等层之间的通信约定，就是计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。它由三个要素组成：即语法、语义、定时关系（同步）。而接口是同一机器相邻层之间FI的通信约定。不同的网络，分层数量、各层的名称和功能以及协议都各不相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。层次结构的计算：机网络功能中，最重要的功能是通信功能，这种通信功能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用。位于不同计算机上进行对话的第N层通信各方可分割看成是一种进程，组成不同计算机同等层的进程称为对等进程。对等进程不一定是相同的程序，但其功能必须完全一致，且采川相同的协议。

计算机网络体系结构是从功能的角度描述计算机网络的结构，是网络中分层模型以及各层功能、各层协议的集合的精确定义。但是它仅仅定义了网络及其部件通过协议应完成的功能，不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。网络协议实现的细节不属于网络体系结构的内容，因为它们隐含在机器内部，对外部说来是不可见的。

5.1.1.2　ISO／OSI参考模型

在网络发展的初期，许多研究机构、计算机厂商和公司都大力发展计算机网络，相应的推出了各自的网络系统。这种自行发展的网络，由于在体系结构上差异很大，以至于它们之间互不相容，彼此之间很难相互连接以构成更大的网络系统。

为了解决这个问题，国际标准化组织（ISO）提出了网络体系结构标准化的开放系统互连参考模型（OSI／RM）。OSI参考模型是研究如何把开放式系统（即为了与其他系统通信而相互开放的系统）连接起来的标准。OSI参考模型将计算机网络分为7层：①物理层，主要功能是完成相邻结点之间原始比特流的透明传输。物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据“1”和“0”；一位持续的时间多长；数据传输是否可同时在两个方向上进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；物理接口（插头和插座）有多少针以及各针的用处。物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题。②数据链路层，主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。数据链路层完成的是网络中相邻结点之间可靠的数据通信。为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传送各帧。由于物理线路的不可靠，为了保证能让接收方对接收到的数据进行正确性判断，数据链路层通常采用信息流量控制和差错处理的方法一同。数据链路层必须解决由于数据帧的损坏、丢失和重复所带来的问题。③网络层，主要功能是完成网络中主机间的报文传输，其关键问题之一是使用数据链路层的服务将每个分组从源端传输到目的端。如果在子网中同时出现过多的报文，子网可能形成拥塞，必须加以避免，此类控制也属于网络层的内容。网络层还必须解决使异构网络能够互连的问题。④传输层，主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信，利用无差错的、按顺序传送数据的通道，向高层屏蔽低层的数据通信细节，透明的传输报文，即传输层向用户提供真正端到端的连接。在传输层下面的各层中，协议是每台机器与它的直接相邻机器之间的协议，而不是最终的源端机和目标机之间的协议。即1至3层的协议是点到点的防议，而4至7层的协议是端到端的协议。此外，传输层还必须管理跨网连接的建立和拆除。⑤会话层，会话层允许不同机器上的用户之间建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据的传送，在某些场合还提供了一些有用的增强型服务。会话层提供的服务之一是管理对话控制，另一种会话层服务是同步。为了解决网络出现鼓掌的问题，会话层提供了一种方法，即在数据中插入同步点。每次网络出现故障后，仅仅重传最后一个同步点以后的数据。⑥表示层，表示层完成某些特定的功能。表示层以下各层只关心从源端机到目标机可靠地传送比特，而表示层关心的是所传送的信息的浯法和语义。表示层需要在数据传输时进行数据格式的转换。另外，表示层还涉及数据压缩和解压、数据加密和解密等工作。⑦应用层，联网的目的在于支持运行，使不同计算机的进程进行通信，而这些进程则是为用户完成不同任务而设计的。应用层为用户访问OSI环境提供服务，应用层向用户提供的服务是OSI模型中所有各层服务的总和。可能的应用是多方面的，不受网络结构的限制。应用层包含大量人们普遍需要的协议。虽然，对于需要通信的不同应用来说，应用层的协议都是必须的。由于每个应用有不同的要求，应用层的协议集在ISO／OSI模型中并没有定义，但是，有些确定的应用层协议，包括虚拟终端、文件传输、和电子邮件等都可作为标准化的候选。

5.1.1.3　局域网网络

局域网是一种通过通信线路将较小区地理域内的各种通信设备相互连在一起的通信网络。局域网包含了三个属性：局域网是一种通信网络；通信设备是广义的；在一个较小区域内。

局域网（LAN）按拓扑结构的不同有三种主要的拓扑结构，具体如下：①总线拓扑结构的网络有一个起始点和一个终止点，也就是与总线电缆段每个端点相连的终结器；②环形拓扑结构中，数据的路径是连续的，没有逻辑的起点与终点，因此也就没有终结器。工作站和文件服务器在环的周围各点上相连；③星形拓扑结构的物理布局由与中央集线器相连的多个结点组成。

现代网络一般综合了总线拓扑结构的逻辑通信和星形拓扑结构的物理布局。在这种网络设计中，从星的中央辐射的分支就像是单独的逻辑总线的段，但是只连接着一台或两台计算机。段仍然在两端终止，但优点是这里没有暴露的终结器。在每一段上，一端在集线器内终止，另一端终止在网络设备上。

总线一星形网络设计的另一优点是，只要遵循TEEE有关通信电缆距离、集线器数目和被连接设备的数日等网络规范，用户可以连接多个集线器向扩展网络。集线器之间的连接是一个主干，主干通常允许二者间的高速通信。同时，集线器还为实施高速网络互连提供了许多扩展的机会。由于这是一种非常流行的网络设计，所以有大量的设备可供使用。

从局域交换技术来看，目前被普遍使用的局域网交换设备是交换机（或交换式集线器）。交换机可以看作是一种改进了的多端口网桥，除了提供存储转发功能外还提供了如直通方式等其他桥接技术。以太网交换村L_-12作的原理：首先检测节点计算机送到端口的数据帧中的源和目的MAC地址，然后与交换机内部动态维护的MAC地址对照表进行比较，将数据发送到与目的地址对应的目的端，将新发现的MAC地址及其端口对应关系记录到地址对照表中。

使用局域网交换机，可以实现高速与低速网络问的转换和不同网络的协作。许多以太网交换机提供10 Mbps和100 bps的自适应端口，使得配备不同网络通信速率网卡的计算机可以在同一个网络中协同工作。局域网交换机还能够同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽。

交换式以太网允许不同入网计算机间同时进行传送，且每个节点的计算机可以独享所连接交换机端口提供的全部带宽。当以太网交换机使用直通方式工作时，在输入端口检测到计算机发送的数据前，通过检查数据帧首部获取目的节点MAC地址，查表得到该地址的对应输出端口后，将输入输出端口线路接通，把数据直通到输出端口。

采用直通方式工作的优点是通信延迟小，交换速度快；缺点是由于没有缓存，不能直接连通具有不同速率的输入输出端口，交换机上不同通信速率的节点计算机无法协同工作，另外，交换时不经过存储还使得转发的数据内容没有保存，无法检查所传送的数据是否有误，不能提供错误检测能力。

当以太网交换机使用存储转发方式工作时，首先将在输入端口检测到的数据存储起来，然后进行校验码检测，确定数据传输无误时才取出数据帧首部的目的节点MAC地址，通过查表将数据送往输出端口。以太网交换机采用存储转发方式工作的缺点是数据处理延迟大，但是对进入交换机的数据有错误检测能力，通过缓存数据可以支持不同速率输入输出端口间的数据交换，允许不同通信速率的节点计算机在网中协同工作，因此被广泛使用。

5.1.2　互联网技术与服务(www.xing528.com)

互联网技术与服务主要是提供网络互联。互联网互连就是用多个网关构成一个互联网，并为互联网制定一个标准的分组格式，然后将要互连的不同网络连接到互联网的网关上通过互联网连接。利用互联网互连提供一种机制，实时地把用户数据分组从源端发送到目的端，此时用户（应用程序）直接感受到的是互联网所提供的分组交换服务，而不是网络连接。也就是说，通过分组交换机制将底层物理网络硬件细节隐藏起来，利用互联网互连必须在系统中增加某些中间层次（主要是网络层），使应用程序不直接处理物理网络连接，这样物理网络技术的特性及其变化就不会影响到应用程序，并且不同的应用程序还可以共享网络级互联所提供的分组交换服务。利用互联网优点在于：

第一，这种互联技术联接映射到底层网络硬件，因此十分高效。

第二，互联刚把数据包传递功能从应用程序中分离出来，允许网络中的每台机器只需要处理与数据包传递有关的操作即可。

第三，互联网使得整个互联网络的系统更加灵活。

第四，互联网模式允许网络管理人员通过修改或增加某些网络软件就能在互联网中加入新的网络技术，而对应用程序而言并不需要做任何改变。

互联网的目标是建立一个统一、协作、提供统一服务的通信系统。具体方法就是在底层网络技术与应用程序之间增加一个中间层软件，以便抽象和屏蔽底层物理网络的硬件细节，向用户提供通用的网络服务。

利用互联网互连的关键思想归纳起来就形成TCP／IP网络的基本概念。它是对各种不同的物理网络的一种高度抽象，它将通信问题从网络细节中解放出来，通过提供通用网络服务，使底层网络技术对用户或应用程序透明。

5.1.3　Web技术

Web服务作为一种在线应用服务，由企业进行发布，从而完成其特殊的商务业务需求，同时该服务也能够被其他公司或者软件通过互联网进行访问和使用。

Web服务在应用方面趋于独立、模块化，我们可以使用网络文档对其进行各种描述、发布、定位以及调用行为。通过Web服务的体系架构模型，我们可以非常直观地看到服务提供方、服务请求方以及服务注册中心三者之间的联系以及交互，其中的操作包括如发布、查找、绑定等等。其主要实现技术包括：

（1）SOAP协议

SOAP协议（简单对象访问协议，Simple Object Access Protocol），该协议提供的是一个简单、轻量级的协议，为XML（eXtensible Markup Language，可扩展的标记语言）在松散、分布环境下交换结构化和类型化的信息提供服务。

SOAP规范有四个组成部分：①SOAP envelope（SOAP信封）：它定义一个框架，用于介绍消息是什么内容，发送者是谁，消息的接受者、处理者是谁以及处理的方式是什么。②SOAP encoding rule（SOAP编码规则）：它对数据的编码机制进行规定，编码机制用来规定应用程序中的数据类型以及交换数据类型的实例。③RPC representation（SOAP RPC表示）：定义协定，这些协定用于表示远程调用和应答，例如HTTP和SOAP之间怎样进行绑定、过程调用以何种方式传输、过程响应是在传输协议的哪个部分进行传送的。④SOAPbinding（SOAP绑定）：绑定各种网络底层协议。SOAP的这四个部分在功能上具有正交性但是它们之间是彼此独立的，编码规则和信封在不同的ⅪⅥL命名空间中定义。

（2）WSDL

WSDL（Web Service Description Language，Web服务描述语言），它以XML的语法为基础，这种语言可以使Web服务被描述为可以交换消息的访问点的集合。Web服务作为一种部署在Web上的组件，使用标准化的消息格式或者通信协议，对Web服务接口、服务位置、协议的描述文档是必需的，WSDL正是符合这种需求的一种语言。

Web服务描述语言文档在定义Web服务时使用以下几种元素：①Types（类型），相对于平台和语言独立的类型定义，通常要用到某种类型系统。②Message（消息），通信消息数据结构的抽象化类型定义，通过Types定义的类型进行消息数据结构的定义。③Operation（操作），将服务支持的操作的进行抽象化描述，通常单个Operation对应着一个访问入口的请求／响应消息对。④PortType（端口类型），访问入口点支持的操作的抽象集合，单一服务访问点或者若干个服务访问点来对这些操作进行支持。⑤Binding（绑定），具体的PortType与特定的传输协议进行绑定，在这一阶段，描述的内容与具体的服务部署关联在一起。⑥Port（端口），协议／数据格式绑定和特定Web访问地址结合的单个服务访问点。⑦Service（服务），表明的是特定的被部署的Web Service提供的访问入口的部署细节，描述服务的位置。

（3）UDDI

UDDI Business Registrations（UDDI商业注册）是UDDI计划的核心，它通过XML文档对公司及其提供的有关服务进行说明。UDDI商业注册提供的信息包括以下三个部分：①White Page（白页）：包括具体唯一的企业标识和企业的一般信息例如联系方法、地址等。②Yellow Page（黄页）：包括企业或者服务的分类数据。③Green Page（绿页）：包含企业提供的Web Service的技术信息。

5.1.4　Web服务合成技术

随着市场需求的发展以及相关网络技术的进步，单一的Web服务越来越显得能力不足，已经越来越需要能够将Web服务进行抽象、组织和合成的功能，从而实现企业内部或者多个企业之间服务的集成，以此来增加服务的价值。由此，Web服务的合成技术便应运而生。Web服务当中Web服务合成的思想，是基于对综合性问题的解决或者对相对完整的商业流程的完成，在此过程当中涉及多个应用及服务的交互，从而使单一的Web服务之间能够实现联合，Web服务的功能变得更能够全面地满足使用需求。当前人们对Web服务的功能需求已经达到了一定的水平，在开发新的Web服务高昂的成本的压力下，Web服务的合成便是提高服务价值与利润空间的行之有效的办法。当前业内主要通过两种方式进行Web服务的合成，一类是以XML的工作流描述语言和工作流技术为基础进行合成，另一类是以Web服务语义描述模型为基础进行服务的合成。

从要求上而言，Web服务合成主要应达到三个目的：一是确认服务的特性，二是确认服务的可用性，三是确认服务合成后的正常性及可用性。