《TCPIP协议详解》课件

《TCP/IP协议详解》TCP/IP协议是互联网的核心协议。它定义了网络设备之间如何相互通信，以及数据如何在网络中传输。什么是TCP/IP协议?网络通信标准TCP/IP协议是一套网络通信标准，定义了数据在互联网上传输的规则。分层结构TCP/IP协议由多个层次组成，每个层次负责不同的功能，例如网络寻址、数据传输等。互联互通TCP/IP协议使得不同类型的网络设备可以相互连接，实现数据交换。TCP/IP协议的历史发展1互联网协议套件现代互联网核心2ARPANET美国国防部高级研究计划署网络3冷战时期美国军方研究网络TCP/IP协议经历了漫长的发展历程。最初，美国国防部为了解决冷战期间的军事通信问题，于1969年建立了ARPANET网络，该网络使用的是NCP协议，而非现在的TCP/IP协议。后来，随着互联网技术的发展，ARPANET被逐渐取代，TCP/IP协议成为了互联网事实上的标准协议。TCP/IP协议的分层结构TCP/IP协议将网络通信过程划分为四个层次：应用层、传输层、网络层和网络接口层。每个层次负责特定的功能，例如应用层负责与用户进行交互，传输层负责可靠的数据传输，网络层负责数据包的路由，网络接口层负责数据包的物理传输。这种分层结构简化了网络设计的复杂性，并提高了网络的可靠性和可扩展性。物理层物理层简介物理层是TCP/IP协议模型中最底层。它负责将数据转换为电信号或光信号，并通过物理介质进行传输。物理层定义了网络设备之间的物理连接，包括接口、电气特性、传输介质等。物理层功能数据编码信号传输物理连接数据链路层MAC地址数据链路层使用MAC地址来识别网络设备，每个设备都有唯一的MAC地址。帧数据链路层将数据封装成帧，帧包含数据和控制信息，例如源MAC地址和目标MAC地址。错误检测数据链路层使用CRC校验来检测传输过程中可能出现的错误。介质访问控制数据链路层负责协调网络设备对共享介质的访问，例如以太网中的CSMA/CD协议。网络层网络层功能负责数据包的路由选择和转发。它使用IP地址来识别网络中的每个设备，并使用路由表来确定数据包的最佳路径。网络层协议主要包括IP协议、ICMP协议和ARP协议。这些协议负责网络层的数据传输和管理。网络层作用它将数据包从源主机传递到目的主机，并确保数据包在网络中可靠地传输。IP协议数据包IP协议将数据分成数据包，以便在网络中传输。网络地址每个设备都有唯一的IP地址，用于识别和定位。路由IP协议通过路由器，将数据包转发到目标地址。ICMP协议ICMP协议的作用ICMP是Internet控制报文协议，用于在网络设备之间传递错误信息和控制信息。ICMP协议用于检测网络连接，网络设备是否可达，并提供网络诊断信息。ICMP报文类型ICMP协议定义了多种报文类型，包括错误报文和控制报文。常见的ICMP报文类型包括目标不可达、路由重定向、时间戳请求和回显请求。传输层提供端到端服务传输层协议提供应用进程之间的数据传输服务，确保数据可靠到达。建立连接传输层协议为应用程序提供连接建立和关闭机制，确保数据传输的安全性。流量控制和拥塞控制传输层协议负责管理数据流量，防止网络拥塞，确保数据传输效率。数据分段和重组传输层协议将应用层数据分割成数据段，在网络层传输，并在接收端重组。TCP协议连接导向TCP是面向连接的协议，建立连接前需要进行三次握手。可靠传输TCP提供可靠数据传输，确保数据完整性和顺序到达。数据分段TCP将数据分割成数据段，并添加序列号和校验和。流量控制TCP通过滑动窗口机制控制数据传输速度，防止接收方过载。UDP协议无连接UDP协议不建立连接，发送数据前无需建立连接，数据包独立发送，提高数据传输速度。不可靠UDP协议不保证数据包的顺序和完整性，接收方可能接收不到数据包，或者顺序混乱。应用场景适用于实时性要求高、可靠性要求低的应用，如视频直播、网络游戏等。应用层11.应用层协议提供用户与网络之间通信的接口，例如HTTP、FTP、SMTP等。22.数据格式转换将用户数据转换为网络数据包，并进行数据加密和压缩。33.网络服务提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。44.用户接口提供用户可直接使用的应用程序，例如浏览器、邮件客户端、FTP客户端等。HTTP协议超文本传输协议HTTP用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本信息。请求和响应客户端向服务器发送HTTP请求，服务器返回HTTP响应。数据传输HTTP协议用于传输网页、图片、视频等各种数据。FTP协议文件传输协议FTP是互联网上最常用的协议之一，允许用户在不同计算机之间传输文件。两种工作模式主动模式被动模式主动模式由服务器主动连接客户端的指定端口。被动模式由客户端连接服务器的指定端口。SMTP协议简单邮件传输协议SMTP协议是电子邮件系统中用于发送电子邮件的协议。SMTP协议使用TCP协议进行通信，端口号为25。邮件发送过程发送电子邮件时，邮件客户端会将邮件发送到SMTP服务器，SMTP服务器再将邮件转发到接收者的邮件服务器。邮件格式SMTP协议使用文本格式传输邮件，邮件内容包含邮件头和邮件正文。POP3协议11.邮件接收协议POP3是一个邮件接收协议，用于接收电子邮件。22.客户端-服务器模型POP3协议采用客户端-服务器模型，电子邮件客户端通过POP3服务器接收电子邮件。33.邮件存储邮件存储在POP3服务器上，客户端可以下载并保存邮件。44.邮件删除POP3协议允许客户端删除邮件，删除的邮件将从POP3服务器中移除。DHCP协议DHCP服务器动态主机配置协议（DHCP）服务器为网络上的设备分配IP地址、子网掩码和网关地址等网络配置信息。DHCP客户端DHCP客户端是需要获取网络配置信息的设备，例如计算机、手机、路由器等。DHCP协议流程DHCP客户端发送DHCPDiscover报文DHCP服务器发送DHCPOffer报文DHCP客户端发送DHCPRequest报文DHCP服务器发送DHCPAck报文DNS协议域名解析DNS协议是将域名转换为IP地址的协议，用于访问互联网资源。层次结构DNS使用层次结构，将域名分成多个层级，例如顶级域名、二级域名等。查询过程当用户访问网站时，DNS解析器会向DNS服务器发送查询请求，获取相应的IP地址。TCP/IP协议的优缺点优点通用性强跨平台性好可靠性高可扩展性强缺点安全性问题复杂性高配置难度大资源消耗大TCP/IP协议的应用领域互联网互联网的核心协议，所有设备都使用TCP/IP协议进行通信，例如网站浏览、电子邮件发送、视频通话等。局域网局域网中的计算机之间也使用TCP/IP协议进行通信，例如文件共享、打印机共享、网络游戏等。移动设备智能手机、平板电脑等移动设备也使用TCP/IP协议进行通信，例如移动互联网接入、应用程序通信等。物联网物联网设备之间也使用TCP/IP协议进行通信，例如智能家居、工业自动化等。TCP/IP协议的安全问题11.数据包嗅探攻击者可以截获网络数据包，获取敏感信息，如用户名、密码等。22.拒绝服务攻击攻击者向目标服务器发送大量数据包，导致服务器无法正常响应，影响正常服务。33.中间人攻击攻击者拦截通信双方之间的数据包，进行篡改或窃取信息。44.网络钓鱼攻击者伪造网站或邮件，诱骗用户输入个人信息，进行欺诈。网络地址转换(NAT)NAT简介NAT是一种网络地址转换技术，允许私有网络中的设备使用公共IP地址访问互联网。NAT工作原理NAT设备会将私有IP地址转换为公共IP地址，并将源端口号映射到新的端口号。NAT类型NAT主要分为三种类型：静态NAT、动态NAT和端口地址转换(PAT)。NAT应用场景NAT常用于企业内部网络、家庭网络和移动设备网络，可以有效地节省公共IP地址资源。子网划分1将网络划分成多个子网每个子网拥有独立的IP地址范围2提高网络效率减少网络广播范围3增强网络安全性限制网络访问权限4方便网络管理简化网络配置和维护子网划分通过将单个网络划分为多个独立的子网络，有效提高网络效率和安全性。它能降低网络广播范围，限制网络访问权限，并简化网络管理，使网络更加高效和安全。IPv4地址结构32位IPv4地址由32位二进制数字组成，分为4个字节。4字节每个字节用十进制数字表示，范围为0到255。2网络前2个字节通常用于表示网络标识。2主机后2个字节通常用于表示主机标识。IPv6地址结构版本号4位，标识IPv6地址流量类别8位，用于区分不同类型的流量流标识20位，用于标识数据流负载8位，用于标识数据负载类型地址128位，用于标识网络设备IPv4地址分类A类地址网络号占8位，主机号占24位，地址范围为~55适用于大型网络B类地址网络号占16位，主机号占16位，地址范围为~55适用于中等规模网络C类地址网络号占24位，主机号占8位，地址范围为~55适用于小型网络D类地址网络号占12位，主机号占20位，地址范围为~55用于多播通信IPv6地址简化地址压缩IPv6地址非常长，通常采用十六进制表示，导致阅读和记忆困难。简化可以缩短地址长度，方便使用。前缀压缩相同前缀的地址可以省略重复部分，例如2001:0:200:3::1可以简化为2001:200:3::1。零压缩连续的零可以压缩为双冒号，例如2001:0:0:0:0:0:可以简化为2001::。地址缩写使用更短的符号表示地址，例如将2001:0:200:3::1简化为2001:200:3::1。IPv4与IPv6的区别地址长度IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址。网络规模IPv6提供了更大的地址空间，可以支持更多的设备。安全性IPv6提供了更强大的安全功能，例如IPsec。自动配置IPv6支持无状态地址自动配置，简化网络配置。TCP三次握手1第一次握手客户端发送SYN报文到服务器，请求建立连接。2第二次握手服务器收到SYN报文，并发送SYN+ACK报文给客户端，确认连接请求。3第三次握手客户端收到SYN+ACK报文后，再次发送ACK报文给服务器，表示确认连接。TCP四次挥手1FIN客户端发送FIN包，请求关闭连接2ACK服务器收到FIN包，发送ACK确认3FIN服务器发送FIN包，请求关闭连接4ACK客户端收到FIN包，