《TCPIP協(xié)議詳解》課件

《TCP/IP協(xié)議詳解》TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議。它定義了網(wǎng)絡設備之間如何相互通信，以及數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡中傳輸。什么是TCP/IP協(xié)議?網(wǎng)絡通信標準TCP/IP協(xié)議是一套網(wǎng)絡通信標準，定義了數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)囊?guī)則。分層結構TCP/IP協(xié)議由多個層次組成，每個層次負責不同的功能，例如網(wǎng)絡尋址、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。互?lián)互通TCP/IP協(xié)議使得不同類型的網(wǎng)絡設備可以相互連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。TCP/IP協(xié)議的歷史發(fā)展1互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議套件現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)核心2ARPANET美國國防部高級研究計劃署網(wǎng)絡3冷戰(zhàn)時期美國軍方研究網(wǎng)絡TCP/IP協(xié)議經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程。最初，美國國防部為了解決冷戰(zhàn)期間的軍事通信問題，于1969年建立了ARPANET網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡使用的是NCP協(xié)議，而非現(xiàn)在的TCP/IP協(xié)議。后來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，ARPANET被逐漸取代，TCP/IP協(xié)議成為了互聯(lián)網(wǎng)事實上的標準協(xié)議。TCP/IP協(xié)議的分層結構TCP/IP協(xié)議將網(wǎng)絡通信過程劃分為四個層次：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和網(wǎng)絡接口層。每個層次負責特定的功能，例如應用層負責與用戶進行交互，傳輸層負責可靠的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡層負責數(shù)據(jù)包的路由，網(wǎng)絡接口層負責數(shù)據(jù)包的物理傳輸。這種分層結構簡化了網(wǎng)絡設計的復雜性，并提高了網(wǎng)絡的可靠性和可擴展性。物理層物理層簡介物理層是TCP/IP協(xié)議模型中最底層。它負責將數(shù)據(jù)轉換為電信號或光信號，并通過物理介質進行傳輸。物理層定義了網(wǎng)絡設備之間的物理連接，包括接口、電氣特性、傳輸介質等。物理層功能數(shù)據(jù)編碼信號傳輸物理連接數(shù)據(jù)鏈路層MAC地址數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC地址來識別網(wǎng)絡設備，每個設備都有唯一的MAC地址。幀數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)封裝成幀，幀包含數(shù)據(jù)和控制信息，例如源MAC地址和目標MAC地址。錯誤檢測數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC校驗來檢測傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯誤。介質訪問控制數(shù)據(jù)鏈路層負責協(xié)調網(wǎng)絡設備對共享介質的訪問，例如以太網(wǎng)中的CSMA/CD協(xié)議。網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層功能負責數(shù)據(jù)包的路由選擇和轉發(fā)。它使用IP地址來識別網(wǎng)絡中的每個設備，并使用路由表來確定數(shù)據(jù)包的最佳路徑。網(wǎng)絡層協(xié)議主要包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議和ARP協(xié)議。這些協(xié)議負責網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)傳輸和管理。網(wǎng)絡層作用它將數(shù)據(jù)包從源主機傳遞到目的主機，并確保數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中可靠地傳輸。IP協(xié)議數(shù)據(jù)包IP協(xié)議將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)包，以便在網(wǎng)絡中傳輸。網(wǎng)絡地址每個設備都有唯一的IP地址，用于識別和定位。路由IP協(xié)議通過路由器，將數(shù)據(jù)包轉發(fā)到目標地址。ICMP協(xié)議ICMP協(xié)議的作用ICMP是Internet控制報文協(xié)議，用于在網(wǎng)絡設備之間傳遞錯誤信息和控制信息。ICMP協(xié)議用于檢測網(wǎng)絡連接，網(wǎng)絡設備是否可達，并提供網(wǎng)絡診斷信息。ICMP報文類型ICMP協(xié)議定義了多種報文類型，包括錯誤報文和控制報文。常見的ICMP報文類型包括目標不可達、路由重定向、時間戳請求和回顯請求。傳輸層提供端到端服務傳輸層協(xié)議提供應用進程之間的數(shù)據(jù)傳輸服務，確保數(shù)據(jù)可靠到達。建立連接傳輸層協(xié)議為應用程序提供連接建立和關閉機制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。流量控制和擁塞控制傳輸層協(xié)議負責管理數(shù)據(jù)流量，防止網(wǎng)絡擁塞，確保數(shù)據(jù)傳輸效率。數(shù)據(jù)分段和重組傳輸層協(xié)議將應用層數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)段，在網(wǎng)絡層傳輸，并在接收端重組。TCP協(xié)議連接導向TCP是面向連接的協(xié)議，建立連接前需要進行三次握手?？煽總鬏擳CP提供可靠數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)完整性和順序到達。數(shù)據(jù)分段TCP將數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)段，并添加序列號和校驗和。流量控制TCP通過滑動窗口機制控制數(shù)據(jù)傳輸速度，防止接收方過載。UDP協(xié)議無連接UDP協(xié)議不建立連接，發(fā)送數(shù)據(jù)前無需建立連接，數(shù)據(jù)包獨立發(fā)送，提高數(shù)據(jù)傳輸速度。不可靠UDP協(xié)議不保證數(shù)據(jù)包的順序和完整性，接收方可能接收不到數(shù)據(jù)包，或者順序混亂。應用場景適用于實時性要求高、可靠性要求低的應用，如視頻直播、網(wǎng)絡游戲等。應用層11.應用層協(xié)議提供用戶與網(wǎng)絡之間通信的接口，例如HTTP、FTP、SMTP等。22.數(shù)據(jù)格式轉換將用戶數(shù)據(jù)轉換為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，并進行數(shù)據(jù)加密和壓縮。33.網(wǎng)絡服務提供各種網(wǎng)絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽等。44.用戶接口提供用戶可直接使用的應用程序，例如瀏覽器、郵件客戶端、FTP客戶端等。HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議HTTP用于在Web瀏覽器和Web服務器之間傳輸超文本信息。請求和響應客戶端向服務器發(fā)送HTTP請求，服務器返回HTTP響應。數(shù)據(jù)傳輸HTTP協(xié)議用于傳輸網(wǎng)頁、圖片、視頻等各種數(shù)據(jù)。FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議FTP是互聯(lián)網(wǎng)上最常用的協(xié)議之一，允許用戶在不同計算機之間傳輸文件。兩種工作模式主動模式被動模式主動模式由服務器主動連接客戶端的指定端口。被動模式由客戶端連接服務器的指定端口。SMTP協(xié)議簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP協(xié)議是電子郵件系統(tǒng)中用于發(fā)送電子郵件的協(xié)議。SMTP協(xié)議使用TCP協(xié)議進行通信，端口號為25。郵件發(fā)送過程發(fā)送電子郵件時，郵件客戶端會將郵件發(fā)送到SMTP服務器，SMTP服務器再將郵件轉發(fā)到接收者的郵件服務器。郵件格式SMTP協(xié)議使用文本格式傳輸郵件，郵件內容包含郵件頭和郵件正文。POP3協(xié)議11.郵件接收協(xié)議POP3是一個郵件接收協(xié)議，用于接收電子郵件。22.客戶端-服務器模型POP3協(xié)議采用客戶端-服務器模型，電子郵件客戶端通過POP3服務器接收電子郵件。33.郵件存儲郵件存儲在POP3服務器上，客戶端可以下載并保存郵件。44.郵件刪除POP3協(xié)議允許客戶端刪除郵件，刪除的郵件將從POP3服務器中移除。DHCP協(xié)議DHCP服務器動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）服務器為網(wǎng)絡上的設備分配IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關地址等網(wǎng)絡配置信息。DHCP客戶端DHCP客戶端是需要獲取網(wǎng)絡配置信息的設備，例如計算機、手機、路由器等。DHCP協(xié)議流程DHCP客戶端發(fā)送DHCPDiscover報文DHCP服務器發(fā)送DHCPOffer報文DHCP客戶端發(fā)送DHCPRequest報文DHCP服務器發(fā)送DHCPAck報文DNS協(xié)議域名解析DNS協(xié)議是將域名轉換為IP地址的協(xié)議，用于訪問互聯(lián)網(wǎng)資源。層次結構DNS使用層次結構，將域名分成多個層級，例如頂級域名、二級域名等。查詢過程當用戶訪問網(wǎng)站時，DNS解析器會向DNS服務器發(fā)送查詢請求，獲取相應的IP地址。TCP/IP協(xié)議的優(yōu)缺點優(yōu)點通用性強跨平臺性好可靠性高可擴展性強缺點安全性問題復雜性高配置難度大資源消耗大TCP/IP協(xié)議的應用領域互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，所有設備都使用TCP/IP協(xié)議進行通信，例如網(wǎng)站瀏覽、電子郵件發(fā)送、視頻通話等。局域網(wǎng)局域網(wǎng)中的計算機之間也使用TCP/IP協(xié)議進行通信，例如文件共享、打印機共享、網(wǎng)絡游戲等。移動設備智能手機、平板電腦等移動設備也使用TCP/IP協(xié)議進行通信，例如移動互聯(lián)網(wǎng)接入、應用程序通信等。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設備之間也使用TCP/IP協(xié)議進行通信，例如智能家居、工業(yè)自動化等。TCP/IP協(xié)議的安全問題11.數(shù)據(jù)包嗅探攻擊者可以截獲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，獲取敏感信息，如用戶名、密碼等。22.拒絕服務攻擊攻擊者向目標服務器發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，導致服務器無法正常響應，影響正常服務。33.中間人攻擊攻擊者攔截通信雙方之間的數(shù)據(jù)包，進行篡改或竊取信息。44.網(wǎng)絡釣魚攻擊者偽造網(wǎng)站或郵件，誘騙用戶輸入個人信息，進行欺詐。網(wǎng)絡地址轉換(NAT)NAT簡介NAT是一種網(wǎng)絡地址轉換技術，允許私有網(wǎng)絡中的設備使用公共IP地址訪問互聯(lián)網(wǎng)。NAT工作原理NAT設備會將私有IP地址轉換為公共IP地址，并將源端口號映射到新的端口號。NAT類型NAT主要分為三種類型：靜態(tài)NAT、動態(tài)NAT和端口地址轉換(PAT)。NAT應用場景NAT常用于企業(yè)內部網(wǎng)絡、家庭網(wǎng)絡和移動設備網(wǎng)絡，可以有效地節(jié)省公共IP地址資源。子網(wǎng)劃分1將網(wǎng)絡劃分成多個子網(wǎng)每個子網(wǎng)擁有獨立的IP地址范圍2提高網(wǎng)絡效率減少網(wǎng)絡廣播范圍3增強網(wǎng)絡安全性限制網(wǎng)絡訪問權限4方便網(wǎng)絡管理簡化網(wǎng)絡配置和維護子網(wǎng)劃分通過將單個網(wǎng)絡劃分為多個獨立的子網(wǎng)絡，有效提高網(wǎng)絡效率和安全性。它能降低網(wǎng)絡廣播范圍，限制網(wǎng)絡訪問權限，并簡化網(wǎng)絡管理，使網(wǎng)絡更加高效和安全。IPv4地址結構32位IPv4地址由32位二進制數(shù)字組成，分為4個字節(jié)。4字節(jié)每個字節(jié)用十進制數(shù)字表示，范圍為0到255。2網(wǎng)絡前2個字節(jié)通常用于表示網(wǎng)絡標識。2主機后2個字節(jié)通常用于表示主機標識。IPv6地址結構版本號4位，標識IPv6地址流量類別8位，用于區(qū)分不同類型的流量流標識20位，用于標識數(shù)據(jù)流負載8位，用于標識數(shù)據(jù)負載類型地址128位，用于標識網(wǎng)絡設備IPv4地址分類A類地址網(wǎng)絡號占8位，主機號占24位，地址范圍為~55適用于大型網(wǎng)絡B類地址網(wǎng)絡號占16位，主機號占16位，地址范圍為~55適用于中等規(guī)模網(wǎng)絡C類地址網(wǎng)絡號占24位，主機號占8位，地址范圍為~55適用于小型網(wǎng)絡D類地址網(wǎng)絡號占12位，主機號占20位，地址范圍為~55用于多播通信IPv6地址簡化地址壓縮IPv6地址非常長，通常采用十六進制表示，導致閱讀和記憶困難。簡化可以縮短地址長度，方便使用。前綴壓縮相同前綴的地址可以省略重復部分，例如2001:0:200:3::1可以簡化為2001:200:3::1。零壓縮連續(xù)的零可以壓縮為雙冒號，例如2001:0:0:0:0:0:可以簡化為2001::。地址縮寫使用更短的符號表示地址，例如將2001:0:200:3::1簡化為2001:200:3::1。IPv4與IPv6的區(qū)別地址長度IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址。網(wǎng)絡規(guī)模IPv6提供了更大的地址空間，可以支持更多的設備。安全性IPv6提供了更強大的安全功能，例如IPsec。自動配置IPv6支持無狀態(tài)地址自動配置，簡化網(wǎng)絡配置。TCP三次握手1第一次握手客戶端發(fā)送SYN報文到服務器，請求建立連接。2第二次握手服務器收到SYN報文，并發(fā)送SYN+ACK報文給客戶端，確認連接請求。3第三次握手客戶端收到SYN+ACK報文后，再次發(fā)送ACK報文給服務器，表示確認連接。TCP四次揮手1FIN客戶端發(fā)送FIN包，請求關閉連接2ACK服務器收到FIN包，發(fā)送ACK確認3FIN服務器發(fā)送FIN包，請求關閉連接4ACK客戶端收到FIN包，