《运输层及高层》课件

运输层及高层网络协议层模型中，运输层位于网络层之上，应用程序层之下。运输层提供端到端的数据传输服务，保证数据可靠传输和流量控制。本课件将重点介绍运输层和应用程序层的相关知识。课程目标掌握网络协议知识理解TCP/IP协议族的工作原理，掌握网络通信机制。掌握网络安全知识了解常见的网络攻击和防御技术，保障网络安全。掌握网络应用开发学习网络应用开发技术，能够设计和开发网络应用程序。运输层概述运输层是网络协议栈中的一个重要层，负责为应用程序提供端到端的通信服务。运输层屏蔽了网络层细节，为应用程序提供可靠的数据传输、流量控制和错误控制等功能。运输层主要包含两种协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。运输层协议TCP协议面向连接可靠数据传输数据流传输UDP协议无连接不可靠数据传输数据报传输TCP协议简介面向连接TCP是一种面向连接的协议，这意味着在发送数据之前，必须先建立连接。可靠数据传输TCP提供了可靠的数据传输，确保数据按顺序到达目的地，并处理数据丢失或错误。流量控制TCP通过流量控制机制来防止接收方被过多的数据淹没。拥塞控制TCP通过拥塞控制机制来避免网络拥塞，并提高网络效率。TCP连接建立与释放1三次握手建立TCP连接需要三次握手，确保双方都准备就绪，防止无效连接。SYN：连接请求SYN-ACK：确认请求ACK：确认连接2四次挥手释放TCP连接需要四次挥手，确保数据传输完成，防止数据丢失。FIN：关闭连接请求FIN-ACK：确认关闭请求ACK：确认关闭连接FIN：关闭连接3连接管理TCP连接建立和释放过程确保数据传输的可靠性和有序性，同时提高网络资源利用率。TCP可靠数据传输序号TCP使用序号来标识每个数据段，确保按顺序接收数据。序号在连接建立时协商，并随着传输数据递增。确认机制接收方在收到数据段后发送确认信息(ACK)给发送方，确认已接收到的数据。ACK包含序号，表示接收到的最后一个数据段序号。超时重传发送方设置计时器，如果在一定时间内未收到确认，则重传未确认的数据段。超时时间根据网络状况动态调整。流量控制接收方使用窗口大小来控制发送方发送数据的速度，避免接收方缓冲区溢出。TCP拥塞控制1避免网络拥塞TCP通过拥塞控制机制，防止网络过载，确保数据传输效率。2慢启动算法初始阶段，TCP缓慢增加发送窗口的大小，探测网络容量。3拥塞避免算法一旦网络拥塞，TCP会降低发送速率，避免进一步加剧拥塞。4快速重传机制快速重传机制有助于及时发现网络拥塞，并快速恢复数据传输。UDP协议简介无连接UDP是一种无连接的协议，它不建立连接，而是直接发送数据包。不可靠UDP协议不保证数据包的顺序和完整性，可能导致数据包丢失或重复。效率高UDP协议的传输效率很高，因为它不需要建立连接和进行数据包确认。应用场景UDP协议常用于实时应用，例如视频通话、网络游戏和DNS解析。应用层概述应用层是网络协议体系结构的最高层，它直接与用户交互。应用层负责提供用户与网络之间的接口，以及各种网络应用程序的通信协议。常见的应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等等。DNS协议域名服务器DNS服务器存储域名与IP地址之间的映射关系，负责将域名解析为IP地址。域名解析过程当用户输入域名时，浏览器会向DNS服务器发送查询请求，DNS服务器根据域名查找对应的IP地址，并将IP地址返回给浏览器。DNS层次结构DNS采用分层结构，包括根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器等，保证了域名解析的效率和可靠性。HTTP协议超文本传输协议HTTP是一种应用层协议，用于在Web浏览器和Web服务器之间传输数据。无状态协议HTTP是一个无状态协议，这意味着服务器不保留任何有关客户端的信息。请求/响应模型HTTP使用请求/响应模型，客户端向服务器发送请求，服务器返回响应。HTTP方法HTTP定义了一系列方法，例如GET、POST、PUT、DELETE，用于执行不同的操作。FTP协议1文件传输协议FTP协议用于在网络之间传输文件，支持多种文件类型。2两种模式FTP协议提供了两种模式：主动模式和被动模式，用于建立连接。3安全问题由于FTP协议使用明文传输数据，容易遭受攻击，安全性较低。4应用场景FTP协议常用于网站文件上传、下载、备份和文件共享等场景。SMTP协议简单邮件传输协议SMTP是应用层协议，负责发送电子邮件。通过TCP连接将邮件从发送者传输到接收者。SMTP仅用于传输邮件，不负责邮件存储和用户界面。工作流程建立TCP连接发送邮件信息接收者回复确认信息断开TCP连接P2P网络去中心化P2P网络不依赖于中心服务器，节点之间直接通信。提高了系统容错能力，减少了单点故障风险。CDN网络内容分发网络CDN将内容复制到靠近用户的服务器上，减少延迟和流量。服务器集群CDN使用多个服务器组成的集群，提供高可用性和可扩展性。性能提升CDN可以显著提高网站和应用程序的加载速度和用户体验。全球覆盖CDN拥有全球部署的服务器网络，为全球用户提供服务。物联网通信协议家庭自动化通过传感器和执行器控制家用电器，例如灯光、温度和安全系统。智慧城市连接城市基础设施，例如交通、照明和废物管理系统。工业自动化监控和控制工业过程，例如制造、农业和能源。虚拟专用网络私有网络扩展VPN将私有网络扩展到公共网络，例如互联网，为远程用户提供安全访问。数据加密VPN通过加密数据包来保护敏感信息，防止未经授权的访问。身份验证VPN使用用户名和密码或数字证书验证用户身份，确保只有授权用户可以访问网络。网络安全VPN提供了一个安全的隧道，防止数据被拦截或窃取，提高网络安全性和隐私保护。软件定义网络灵活性和可编程性SDN允许网络管理员以编程方式控制网络设备和服务，提高网络配置和管理的灵活性。集中式控制SDN将网络控制功能集中到一个中央控制器，简化网络管理和故障排除，提高网络的安全性。自动化和编排SDN支持自动化和编排，可以根据需求动态调整网络配置，优化网络性能和资源利用率。应用驱动的网络SDN使网络更紧密地与应用需求相结合，为各种应用提供更好的支持，促进网络创新。网络安全概述网络安全是保障网络系统和数据的安全，防止信息泄露、数据丢失、系统崩溃等问题。网络安全已经成为现代社会的重要组成部分，对于个人、企业、政府等各个方面都至关重要。网络安全威胁恶意软件病毒、蠕虫和木马等恶意软件会损害系统，窃取数据。网络攻击拒绝服务攻击、SQL注入和跨站脚本攻击等，破坏网络正常运行。身份盗窃窃取个人信息，如银行账号、密码，用于欺诈和非法活动。数据泄露攻击者窃取敏感数据，如客户信息、商业机密，造成重大损失。网络安全技术防火墙防火墙可以阻止来自不受信任网络的访问，并阻止攻击者访问敏感数据。入侵检测系统入侵检测系统可以监视网络流量和系统活动，并检测可能表明攻击的活动。加密加密可以保护数据在传输和存储过程中的安全性，即使数据被拦截，攻击者也无法读取数据。身份验证身份验证可以验证用户的身份，确保只有授权人员才能访问系统和数据。密码学基础加密与解密使用密钥将明文转换为密文，并使用密钥将密文转换为明文。密钥管理安全地生成、存储、分发和管理密钥是密码学的重要组成部分。数学原理密码学基于数学原理，如数论、代数和概率论。身份认证技术11.密码认证最传统的认证方式，用户提供密码验证身份。22.生物识别通过指纹、人脸、虹膜等生物特征识别用户身份。33.双重身份验证结合两种或更多认证方式，提高安全系数。44.多因素认证使用多种认证因素，例如密码、短信验证码、设备信息等。访问控制技术访问控制列表（ACL）ACL是访问控制技术的基础。它定义了网络设备或应用程序允许或禁止访问哪些资源。基于角色的访问控制（RBAC）RBAC根据用户在组织中的角色分配权限。每个角色都关联了特定的权限集。防火墙技术网络安全边界防火墙作为网络安全的第一道防线，通过设置规则过滤进出网络的流量，保护内部网络不受攻击。访问控制根据预设规则，防火墙控制哪些用户或设备可以访问哪些资源，防止未授权访问。数据保护防火墙可以阻止恶意软件和病毒进入网络，保护内部数据安全。安全日志防火墙记录网络活动，帮助识别攻击行为，追踪安全事件。入侵检测与预防1入侵检测系统IDS监控网络流量，识别恶意活动，并发出警报。2入侵防御系统IPS采取主动措施阻止攻击，如封锁可疑连接或更改网络规则。3行为分析监控用户和应用程序的行为，识别异常模式，例如可疑登录尝试。4安全信息和事件管理SIEM收集、分析和关联来自不同来源的安全事件，提供全面视图。密码管理安全策略密码管理策略是确保密码安全性的基础。它定义了密码强度、过期时间、复