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1、Internet概述与管理Internet 通信目前已经成为人们生活中的一个基本部分。World wide web 可以把诸如气象条件，农作物生产，股票价格和飞机航班等如此多样化的信息包含在内。各种组织建立了电子邮件列表，以便于分享他们共同感兴趣的信息。专业同行们通过电子方式交换业务往来的信件，亲友间也通过这种方式互致个人的问候。遗憾的是，大多数网络技术是为具体目的设计的。没得企业会选择合适具体通信需要和预算的硬件技术，而且没有哪一种网络能满足所有用途，所以在一种单一的网络技术基础上不可能建立一种通用网络。一些组织需要用高速网络连接单独建筑物中的计算机，满足这种需要的低费用技术却无法扩展到很远
2、的距离，而其他组织则采用低速网络来连接相距很远的机器。在过去的20年里，一项新的技术已经取得进展，它把许多不同的物理网络互联起来，并使它们成为一个协调的整体。这种技术成为网际互联，它提供了异构网络互联的方法，并提供了使之互操作的一组通信约定，因此可容纳多种不同的硬件技术。Internet技术隐藏了许多网络硬件的细节，允许计算机独立于它们的物理网络连接来进行通信。为了对互联网技术技术进行评价，我们来看看它对商业的影响。除了办公室环境中雇员之间的高速通信之外，网络技术还能够为公司的生产部门，销售和市场部门以及客户之间提供立即反馈。其结果是，公司的计划，实施，评估，重组速度都得到了提高，其变化非常引
3、人注目。全球的其他组织也在不断连接到internet上。但是，最显著的变化不是产生于增加的网络连接，而产生于增加的网络通信量。当新用户连接到internet 并出现新的应用程序时，通信量的模式发生了变化。当物理学家，化学家和生物学家时候internet时，他们交换在实验中得到的数据文件，这种文件与电子邮件的报文相比实在是太大了。随着internet逐渐流行，用户也开始使用World wide web之类的服务来浏览信息，通信域规模也随之增加。为了适应通信量的增加，NSFNET主干网已经扩容了三次，目前的容量大约是最初的840倍。从1995年起，称为Internet服务提供商的各公司分别建立了自
4、己的主干网，其中许多网络的容量比政府资助的主干网容量大的多。目前，很难语言合适会不再需要更大的容量。网络化需求的增长是可以预见到的。多年来，计算机工业一直要求增加处理能力和更大的数据存储器。用户刚刚开始知道使用网络，我们可以预见将来通信需求会持续增加。因此，需要更高容量的通信技术适应这种增长。例如，不久以后TCP/IP技术将用于电话和视频服务以及数据服务，这样，就需要更高容量的通信技术来适应这种需求的增长。Internet的性质通用服务的观念很重要，但仅仅它自己并不能概括我们对统一互联网的想法，因为通用服务可以有多种实现。在我们的设计中，要对用户隐藏底层互联网的结构。也就是说，我们不要求用户或
5、应用程序理解使用互联网的硬件连接细节，也不要求影星规定一种网络拓扑。特别是当在互联网中添加新网络时，既不意味着要连到一个中心的交换节点上，也不意味着要在新网络和现有的所有网络之间都建立直接的物理连接。我们要能够在中间网络上传输数据，即使它们没有连接到源机器或目的机器上。我们要使互联网上所有机器共享一个机器标识符的通用集合。统一的互联网观念还包括：用户接口中的网络无关性。也就是说，我们需要一系列操作，用于建立通信或传输数据，以保持与底层网络技术和目的机器的无关性。当用户创建或使用通信应用程序时，应该不需要了解网络互联的拓扑结构。Internet结构我们已经看到计算机如何连到每个网络上。问题是：“
6、多个网络如何互联形成一个互联网？”答案分两个部分。从物理上讲，两个网络智能通过与它们都相连的一台计算机连在一起。但是，物理连接并不提供我们所想的互连，因为这种连接不保证这台计算机和其他要通信的计算机之间能够相互协作。为了有一个可行的互联网，我们需要一个能够把分组从一个网络传递到另一个网络的计算机。连接两个网络并在它们之间传递分组的计算机称为互联网网关或互联网路由器。从用户的观点来看，Internet 是用它所基于的网络来执行有用的通信任务的应用程序集。我们用术语“互操作行”来表示不同计算系统协作解决问题的能力。Internet应用程序表现出很高的互操作性。许多访问Internet的用户仅仅是运
7、行了应用程序，而并不了解所访问的计算机的类型，TCP/IP技术，底层互联网结构，甚至不了解数据传输到目的的站的路径。他们依靠应用程序及底层的网络软件来处理这些细节。只有编写网络应用程序员才需要把互联网看作网络并了解它的某些技术。最为流行及广泛传播的Internet应用服务包括：l Word Wide Web。Web 容许用户查看包含文本和图形的文档，并沿着超链接从一个文档转到另一个文档。在1994年到1995年，Web逐渐成长为Internet上最大的通信量来源，并继续占据统治地位。一些服务提供商估计，Web现在占用了他们80%的Internet通信量。l 电子邮件。电子邮件容许用户编写函件并
8、发送一个副本给其他个人和组织。邮件应用程序的另一个部分容许用户阅读他们接收到的函件。现在电子邮件容许在由任意文件组成的邮件里包含“附件”。电子邮件发展的非常成功，许多Internet用户依靠它进行大多数的通信联络。Internet电子邮件之所以流行的一个原因是：协议使得交付十分可靠。发送端服务器上的邮件系统与接收端加usnjishang邮件系统会直接进行联系，而且协议还指定直到接收者永久存储位置成功放置了一个副本，发送者才能删除邮件。l 文件传输。文件传输应用程序容许用户发送或接收数据文件，这是Internet上的一种最古老但又最常用的应用程序。尽管小型文件现在可以作为附件附加到电子邮件上，但
9、仍需要文件传输服务来处理任意的大型文件。这种系统提供了检查授权用户或者禁止任何访问的方法。与邮件系统类似，TCP/IP互联网上的文件传输是可靠的，因为所涉及的两台机器直接进行通信，不依靠任何中间机器沿路经进行文件的多次复制。l 远程登录。远程登录容许用户坐在计算机面前，把自己的机器连接到远端机器，并建立一个与之交互的登录会话。远程登录能够在用户屏幕上显示一个窗口，通过把用户键盘上的每次击键直接发送到远端机器上，并把远端机器上的每个字符输出显示在用户的窗口上，以达到看上去与远端机器直接相连的效果。当远程登录会话终止时，应用程序把用户返回到本地系统。网络层Internet服务与仅仅执行电子邮件之类
10、的应用程序的用户相比，使用TCP/IP协议创建应用程序的程序员对互联网有着完全不同的观点。在网络层，互联网提供所有应用程序都要使用的两种类型的服务。尽管目前理解这些服务的细节并不重要，但是所有TCP/IP概述中，都不能忽略它们：l 无连接分组交付服务。我们将在文中详细地解释这种服务，它形成了所有其他互联网服务的基础。无连接交付抽象地表示大多数分组交换网络都能提供的一种服务。简单的讲，指的是TCP/IP互联网按照报文上携带的地址信息把短报文从一台机器传到另一台机器上。因为无连接服务单独传递每个分组，所以不能保证可靠，有序的传输。而且，由于无服务连接通常直接映射到底层的硬件上，所以非常有效。更重要
11、的是，有了无连接分组交换作为所有互联网服务的基础，使得TCP/IP协议可以适应多种网络硬件。l 可靠的数据流传输服务。大多数应用程序要求得到比分组交换更多的服务，因为它们要求通信软件能从传输错误，分组丢失或发送者与接收者之间路径是那个的交换机的故障中自动恢复过来。可靠的传输服务处理了这些问题。它容许台计算机上的应用程序与另一台计算机上的应用程序之间建立一个“连接”，然后通过该连接发送大量数据，就好象这是一个永久的直接硬件连接。当然，在底层，通信协议把数据流分成一个个小报文来发送它们，一次一个，同时等待接收者发送确认接收的信息。许多网站都提供了上面所描述的基本服务，所以人们可能奇怪TCP/IP与
12、其他网络相比究竟有什么区别。最主要的显著特征是：l 网络技术独立行。尽管TCP/IP基于传统的分组交换技术，但它独立于任何厂家的硬件。Internet包括许多网络技术，范围包括从设计用于在单个建筑物内进行操作的网络到设计用于跨越很远距离的网络。TCP/IP协议定义了数据传输的单元，称为数据报，并指定了如何在特定的网络上传输数据报。l 通用连接。TCP/IP互联网容许连接到它的任何一对计算机进行通信，每台计算机都被分配了一个互联网内普遍可识别的地址。每个数据报都带有源地址和目的地址。中间的交换计算机使用目的地址选择路由。l 端到端确认。TCP/IP互联网协议提供的是最初的源站和最终目的站之间的确
13、认，而不是路径上相继网点之间的确认，即使源主机和目的主机并没有连接到同一个物理网络上。l 应用协议标准。除了基本的传输层服务以外，TCP/IP协议也包含了用于普通应用程序的标准，这些程序包括电子邮件，文件传输和远程登录。因此，当设计使用TCP/IP的应用程序时，程序员常常会发现，现有的软件已经提供了他们所需的通信服务。除了提供网络层服务的协议和使用这些服务的应用程序外，互联网需要一些软件，一容许管理员能够调试问题，控制选路和找到违反协议标准的计算机。我们将这种活动称为互联网管理。管理协议的分层起初，许多广域网将管理协议作为其链路层协议的一部分。如果一个分组交换开始出错，网络管理系统可能指示相邻
14、分组交换及发送一个特殊控制分组。控制分组使接收者暂停正常的运行，并响应来自管理系统的命令。管理系统可能询问分组交换机，以便确定问题，检查或更改路由，测试某个通信接口或重启动交换机。一旦管理系统修复了故障，就可指示交换机恢复正常运行。由于管理工具是最低层协议的一部分，因而即使高层协议出错，管理系统也能控制交换机。TCP/IP互联网与同构的广域网不同，它的链路层协议不是单一的。互联网由通过IP路由器互联的多个物理网组成，因此，互联网管理不同于网络管理。第一，单个管理系统能控制异构设备，包括IP路由器，网桥，调制解调器，工作站和打印机。第二，被控实体可能不共享公共链路层协议。第三，管理系统控制的机器
15、集合可能位于互联网上的任意地点。特别重要的是，管理系统肯呢个需要控制与管理系统的机器不再同一物理网上的一台或多台机器。因此，除非管理软件使用在互联网上提供端到端连接协议，否则管理系统不可能与被控制的机器通信。结果，使用TCP/IP的互联网管理协议是在运输层之上工作的： 在TCP/IP互联网中，管理系统需要检查和控制路由器以及其他网络设备。因为这样的设备连接任意网络，所以用于互联网管理的协议在应用层工作，并且使用TCP/IP传输协议进行通信。将互联网管理软件设计在应用层工作有几个优点。由于协议可设计成与底层网络硬件无关，因此一组协议可用于所有的网络。由于协议可设计成与被管理机器硬件无关，所以同一
16、协议可用于所有被管理设备。从管理系统的观点看，使用单独一组管理协议意味着一致性；所有路由器响应完全相同的一组命令。此外，由于管理软件使用IP进行通信，管理系统不必直接连到每个物理网络或路由器就可在整个TCP/IP互联网上控制路由器。当然，在应用层构造管理软件也有缺点。除非操作系统，IP软件和传输协议等都正常运行，否则管理系统不能联络上路由器。例如，如果路由器的选路表被破坏，就不可能纠正选路表或从远程网点重启机器。如果路由器上的操作系统崩溃，就不肯呢个使用实现互联网管理协议的应用程序，即使路由器仍能处理硬件中断和路由分组也是如此。协议的结构TCP/IP网络管理协议把管理问题分为两部分，并为每个部
17、分定义单独的标准。第一部分有关信息的通信。协议指定在管理系统主机上运行的客户软件如何与代理通信。协议定义客户与服务器交换报文的格式和含义以及名字与地址的形式。第二部分有关正在被管理的数据，协议指定管理的设备必须保存的数据项和每个数据的名称以及用于表示名称的语法。标准网络管理协议网络管理的TCP/IP标准是简单网络管理协议。改协议已经发展了二代，现在的版本是SNMPV3,以前的版本是SNMPV1 和SNMPV2。其中的变化很小，3个版本都使用同样的常规结构，许多特性都是向后兼容的。除了制定如报文格式这样的细节以及对传输协议的使用以外，SNMP标准还定义操作以及每个集的含义。标准中的饭方法是最低限
18、度的，几个支持就能提供所有的功能。信息管理的标准被管理的设备必须百村管理系统可访问的控制和状态信息。例如，路由器保存有关其网络接口状态，传来和发出的分组通信量，丢失的数据报以及产生的差错报文的统计信息；调制解调器保存有关发送和接收的字符数目，波特率和接收的通话的统计信息。虽然SNMPV3容许管理系统访问这些统计信息，但它并没有指明究竟可以访问那些设备上的哪些数据。宁一个标准则指定了每种设备的细节，改标准就是管理信息库，它定义被管理的设备必须保存的数据项，容许对每个数据项进行的操作及其含义。例如，用于IP的MIB软件必须保存到达每个网络接口的八位组总数，并规定网络管理软件只能读取该值。用于TCP
19、/IP的MIB将管理信息划分为许多类。由于用于指明数据项的标识符包含一个类别的代码，因此类别的选择是很重要的。使MIB的定义与网络管理协议无关，这对于厂商和用户都有利。厂商可以在产品中包含SNMPD代理软件，并保证在定义新的MIB项目后该软件仍遵守标准。顾客可使用同一个网络管理客户软件来管理具有不同版本的MIB的多个设备。当然没有新的MIB项目设备不能提供这些项目的信息。但是，由于所有被管理的设备使用同一种语言进行通信，所以它们都能分析一个查询，并能提供请求的信息或发送差错报文，解释它们没有请求的项目。简单网络管理协议网络管理协议指明了管理系统调用的网络管理客户程序与主机或路由器上执行的网络管
20、理服务器程序之间的通信。除了定义交换报文的格式以及这些报文中名字和值的表示以外，网络管理协议也定义被管理路由器的管理关系。也就是说，他们提供了管理系统的授权管理。 用户可能期望网络管理协议含有大量命令。例如一些早期协议支持的命令容许用户管理系统重新启动系统，增加或删除路由，禁用或启用某个网络接口以及去掉高速缓存中的地址绑定。围绕命令构造管理协议的主要缺点是它所导致的复杂性。协议需要对数据项上的每个操作都有一个单独的命令。例如，删除选路表项目的命令不同于禁用接口命令。因此，必须更改协议，以适应新的数据项。 SNMP采用另一种有趣的网络管理方法。SNMP所有的操作可用“取-存”模式表示，而没有定义
21、大量的操作。从概念上讲，SNMP只含有两个命令，容许管理系统从数据项读取值，或把值存储到数据项中。所有其他操作被定义为这两个操作所产生的副作用。例如，虽然SNMP没有一个明确的重启动操作，但可通过说明一个数据项，给出到下一次重启动前的时间，并且管理系统可以为该数据项指定值，从而定义与重启动等价的操作。使用“取-存”模式的主要优点是稳定性，简单性和灵活性。SNMP尤其稳定，这是因为即使为MIB增加新的数据项和为它定义新的操作，SNMP的定义仍然未变。SNMP还易于实现，理解和调试，因为它避免了每个命令都没有特殊情况的复杂性。最后，SNMP尤其灵活，因为它可适应框架中任意的命令。当然，从管理系统的
22、观点看，SNMP仍是隐藏的，网络管理软件的用户接口可用若干条必要的命令表示诚挚。因此，管理系统使用SNMP的方式与使用其他网管协议的方式之间几乎没有差异。实际上，厂商已经开始出售提供图形用户的网络管理软件。这种软件显示网络连通图，并使用点取方式的接口。get-request和set-request操作提供基本的读取和存储操作，response提供对这些操作的响应。SNMP规定操作必须是原子动作，这意味着入股单个SNMP报文指定对多个变量的操作，则服务器要么完成所有操作，要么什么也不做。而且，如果其中任何一个出错，则所有操作都不会执行。trap操作容许在时间发生时由服务器程序的管理系统发送信息。
23、例如，可以把SNMP服务器的软件编程只要它所连的任何一个网络不可用，它就给管理系统发出一个trap报文。“服务器”是指能在网络上提供服务的任何程序。服务器接受网络上的请求，完成服务后将结果返回给申请者。对于最简单的服务，把每个请求用一个IP数据报发给服务器，服务器用另一个数据报返回响应。当一个可执行程序向服务器发出请求并等待响应时，它即成一个客户。由于客户-服务器模式自然合理地扩展了同一机器中进程间通信的机制，我们很容易编制利用此模型进行交互的程序。 服务器能完成简单或复杂的任务。例如，一个日历时间服务器一旦受到客户发出的分组，即返回当前的时间。 一个文件服务器接收请求，完成存储或从文件中检索数据的操作，然后返回操作结果。通常，服务器实现为一个能够用程序。服务器实现为应用程序有其优点，即它可在任何一个支持TCP/IP通信的计算系统上执行。因此，某个特定服务的服务器可与其他的程序通在一个分时系统上进行，或者也可在一台个人计算机上运行。许多服务器能提供相同的服务，而且能在同一台机器或多台机器上运行。实际上，管理人员通常在多个物理上相互独立的机器上复制某个服务器程序，以提高可靠或改善性能。如果一台计算机的主要任务是支持某个服务器程序，那么“服务器”这一名称不但指服务器程序，也指计算机。因此，常出现一些类似“机器A是文件服务器”的说法。
