《IP通信协议》课件

《IP通信协议》本课件将带您深入了解IP通信协议，从其基础概念到安全应用，助您掌握网络通信的精髓。byIP通信协议概述网络通信基础IP协议是互联网的核心协议，负责在不同网络之间传递数据包，实现网络互联互通。网络层协议IP协议位于网络层，位于数据链路层之上，负责网络地址分配、数据包路由和转发。IP通信协议的演进历史11970sARPANET网络诞生，采用最初的IP协议，以太网技术问世。21980sIPv4协议标准化，互联网规模迅速扩大，TCP/IP协议栈成为主流。31990s互联网普及，IPv4地址空间不足问题凸显，IPv6协议开始研究和开发。42000sIPv6协议正式发布，开始部署应用，未来将逐渐取代IPv4协议。IP通信协议的作用和特点地址分配为每个网络设备分配唯一的IP地址，便于网络设备识别和通信。数据包路由根据IP地址和路由表，将数据包从源设备路由到目标设备。数据包转发在网络节点之间转发数据包，实现跨网络数据传输。无连接IP协议是无连接的，不保证数据包的顺序和完整性，需要上层协议补充。IPv4和IPv6的区别地址空间IPv4地址空间有限，即将耗尽；IPv6地址空间巨大，可满足未来数十年的网络需求。地址长度IPv4地址长度为32位，IPv6地址长度为128位，IPv6地址更长，安全性更高。数据包格式IPv4和IPv6数据包格式存在差异，但基本功能相同，保证网络互通性。IPv4地址结构32位数IPv4地址由32位二进制数字组成，用点分十进制表示。4部分分为4个字节，每个字节用0-255之间的十进制数表示。IPv4地址分类1A类网络号占1个字节，主机号占3个字节。2B类网络号占2个字节，主机号占2个字节。3C类网络号占3个字节，主机号占1个字节。4D类用于组播地址，网络号占4个字节，主机号为空。5E类保留地址，未被使用。IPv4地址划分子网掩码用于区分网络号和主机号，将网络划分为多个子网。子网划分将一个大的网络划分为多个子网，便于管理和提高网络效率。路由器负责将数据包转发到不同的子网，实现网络互联。IPv4地址分配和管理1IANA互联网号码分配机构，负责管理全球IPv4地址空间。2区域注册机构负责分配和管理区域内的IPv4地址资源，如APNIC、RIPENCC等。3本地网络管理员负责分配和管理本地网络的IPv4地址，并进行网络设备管理。IPv6地址结构128位数IPv6地址由128位二进制数字组成，用十六进制表示。8部分分为8个16位组，每个组用0-FFFF之间的十六进制数表示。IPv6地址分类1单播地址用于唯一标识一台网络设备，分为全局单播地址和本地单播地址。2组播地址用于向一组网络设备发送数据，例如视频会议或多播广播。3任播地址用于向一组设备中的某一台设备发送数据，根据路由选择最近的设备。IPv6地址分配1IANA互联网号码分配机构，负责管理全球IPv6地址空间。2区域注册机构负责分配和管理区域内的IPv6地址资源，如APNIC、RIPENCC等。3本地网络管理员负责分配和管理本地网络的IPv6地址，并进行网络设备管理。IPv6地址安全性地址长度IPv6地址长度为128位，地址空间更大，攻击者更难猜测和扫描地址。地址自动配置IPv6地址自动配置技术，减少了人为配置错误，提高了网络安全性。IPsec协议IPv6支持IPsec协议，提供数据加密、完整性验证和身份验证，增强了网络安全。IP数据包格式解析1版本号标识IP协议版本，例如IPv4或IPv6。2首部长度指明IP数据包首部的长度，单位为4字节。3服务类型定义数据包的服务优先级，例如低延迟、高吞吐量等。4总长度指明整个IP数据包的长度，包括首部和数据部分。5标识用于识别和区分来自同一源地址和目标地址的数据包。6标志位用于控制数据包的分片和重组。7片偏移指明数据包在分片后的相对位置。8生存时间用于限制数据包在网络中的传输时间，防止数据包无限循环。9协议指明上层协议类型，例如TCP、UDP或ICMP。10首部校验和用于检测IP数据包首部的传输错误。11源地址发送数据包的网络设备的IP地址。12目标地址接收数据包的网络设备的IP地址。13数据由上层协议封装的数据部分。IP数据包的生命周期1创建应用层创建数据包，并封装到IP数据包中。2封装网络层将IP数据包封装到数据链路层的帧中。3传输数据链路层通过物理介质传输数据包，例如以太网或无线网络。4路由网络层根据路由表转发数据包，实现数据包的跨网络传输。5解封装数据链路层将数据包解封装，并传递到网络层。6处理网络层处理IP数据包，并将其传递到上层协议。7接收应用层接收数据包，完成数据处理和显示。IP数据包的分片与重组分片当IP数据包过大，无法通过网络链路传输时，网络层将其分成多个较小的数据包。重组接收方将来自同一数据包的多个分片数据包重新组装成完整的数据包。IP路由转发机制路由表存储网络拓扑信息，用于指导数据包的转发方向。匹配路由器根据数据包的目标地址，在路由表中查找匹配的路由条目。转发根据路由条目中的下一跳地址，将数据包转发到下一个网络节点。静态路由和动态路由静态路由由管理员手动配置，用于特定网络路径的路由信息，适用于小型网络或固定路线。动态路由自动学习网络拓扑信息，根据网络情况动态更新路由表，适用于大型网络或复杂拓扑。常见的路由协议RIP距离向量路由协议，用于小型网络，简单易配置，但容易产生路由环路。OSPF链路状态路由协议，适用于大型网络，支持多路径路由，效率更高。BGP边界网关协议，用于互联网之间的数据交换，负责跨运营商网络的路由。路由协议的选路策略最短路径选择到目标地址的路径最短的路由。负载均衡将流量分配到多条路径，均衡网络负载，提高网络效率。带宽优先级根据带宽大小选择优先级高的路由，保障关键业务的网络性能。ICMP协议功能用于在网络设备之间传递控制信息和错误信息，例如网络不可达、主机不可达等。作用帮助诊断网络故障，了解网络状态，提高网络可靠性和安全性。ICMP报文类型1目标不可达目标主机或网络不可达，无法接收数据包。2路由重定向建议发送方使用更好的路由路径，提高数据传输效率。3超时数据包在网络中传输超时，无法到达目标地址。4源抑制建议发送方减少数据包发送频率，防止网络拥塞。5时间戳请求用于测试网络延迟，获取网络设备的时间戳信息。ICMP应用举例Ping发送ICMP回显请求，测试网络连通性和延迟。Traceroute利用ICMP数据包追踪数据包在网络中的路由路径。TCP协议功能提供面向连接的可靠数据传输服务，保证数据包的顺序和完整性。应用用于需要可靠传输数据的应用，例如Web浏览、电子邮件、文件传输等。TCP三次握手建立连接1SYN发送方发送SYN报文，请求建立连接。2SYN/ACK接收方回复SYN/ACK报文，确认连接请求。3ACK发送方发送ACK报文，确认连接建立成功。TCP数据传输可靠性1序号为每个数据包分配序号，保证数据包传输顺序。2确认应答接收方收到数据包后，发送ACK报文确认，防止数据包丢失。3超时重传如果数据包没有收到ACK确认，发送方会重传数据包。4流量控制接收方控制发送方的数据传输速度，防止接收缓冲区溢出。TCP拥塞控制机制慢启动初始阶段，发送方缓慢增加数据包发送速率，避免网络拥塞。拥塞避免当网络拥塞时，发送方降低数据包发送速率，减轻网络压力。快速重传当收到重复ACK报文时，发送方立即重传丢失的数据包，提高效率。快速恢复当网络出现拥塞时，快速恢复数据包发送速率，提高传输效率。UDP协议功能提供无连接的数据传输服务，不保证数据包的顺序和完整性。应用用于对数据传输可靠性要求不高的应用，例如视频通话、游戏等。UDP特点和应用简单UDP协议实现简单，数据包传输效率高，适用于实时应用。无连接UDP协议是无连接的，不需要建立连接，降低了传输延迟。效率高UDP协议不提供可靠性保障，减少了数据包处理和传输时间，效率更高。应用视频通话、网络游戏、DNS解析、流媒体等。UDP与TCP的选择TCP适合对数据传输可靠性要求高的应用，例如网页浏览、电子邮件。UDP适合对数据传输效率要求高的应用，例如视频通话、游戏等。IP通信协议安全问题数据窃取攻击者通过网络监听或中间人攻击窃取传输中的数据。数据篡改攻击者修改传输中的数据，造成数据错误或攻击目标设备。拒绝服务攻击攻击者向目标设备发送大量数据包，使目标设备无法正常工作。网络攻击攻击者通过网络漏洞或恶意软件攻击网络设备，控制网络资源。IP协议安全加固措施防