《網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議》課件

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。它們定義了數(shù)據(jù)格式、傳輸方式、錯(cuò)誤處理等內(nèi)容，保證不同設(shè)備和系統(tǒng)之間能順利通信。課程大綱1網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)知識(shí)包括網(wǎng)絡(luò)模型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等基礎(chǔ)概念。2網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議模型講解OSI七層模型和TCP/IP四層模型的結(jié)構(gòu)和功能。3常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議重點(diǎn)介紹IP、TCP、UDP、HTTP、FTP、DNS等協(xié)議的原理和應(yīng)用。4網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議介紹SSL/TLS、IPsec等常用網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議的機(jī)制和應(yīng)用場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，數(shù)據(jù)包包含目標(biāo)地址和數(shù)據(jù)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶鸵?guī)則，確保設(shè)備之間可以相互通信。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的連接方式，如總線型、星型、環(huán)型等。網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議模型1應(yīng)用層用戶應(yīng)用程序2表示層數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換3會(huì)話層建立和管理會(huì)話4傳輸層可靠數(shù)據(jù)傳輸5網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)路由和尋址網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議模型將網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程抽象為七個(gè)層次，從上到下分別為應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。每個(gè)層次負(fù)責(zé)不同的通信功能，并通過(guò)協(xié)議定義通信規(guī)則，確保不同設(shè)備之間能夠相互通信。物理層協(xié)議物理介質(zhì)物理層協(xié)議定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，例如雙絞線、同軸電纜和光纖。網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。信號(hào)編碼物理層協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)的電氣特性，例如電壓、頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率。連接器連接器用于連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如RJ-45、BNC和光纖連接器。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議MAC地址數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC地址來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。MAC地址是物理地址，每個(gè)設(shè)備都有唯一的MAC地址。MAC地址用于在局域網(wǎng)中識(shí)別設(shè)備。MAC地址由網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）生成，存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)接口卡的ROM中。幀格式數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)封裝成幀，并添加幀頭和幀尾。幀頭包含MAC地址和幀類型等信息。幀尾用于標(biāo)識(shí)幀的結(jié)束。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)接口卡之間傳輸數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正功能。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)層使用數(shù)據(jù)報(bào)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝唬吹刂泛湍繕?biāo)地址，支持?jǐn)?shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。IP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)地址分配、數(shù)據(jù)包路由、錯(cuò)誤檢測(cè)和數(shù)據(jù)包的傳輸。ARP協(xié)議地址解析協(xié)議（ARP）負(fù)責(zé)將IP地址轉(zhuǎn)換為物理地址（MAC地址），支持在同一局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備之間通信。ICMP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）負(fù)責(zé)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤，提供網(wǎng)絡(luò)故障診斷和路由信息反饋功能。IP地址與子網(wǎng)劃分IP地址子網(wǎng)劃分唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符將網(wǎng)絡(luò)劃分為更小的子網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)據(jù)傳輸提高網(wǎng)絡(luò)效率分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)使用子網(wǎng)掩碼區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)路由協(xié)議路由器路由器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，依據(jù)路由表決定數(shù)據(jù)包的最佳路徑。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚蓞f(xié)議通過(guò)交換路由信息，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，幫助路由器選擇最優(yōu)路徑。路由協(xié)議算法不同的路由協(xié)議采用不同的算法，例如距離向量算法或鏈路狀態(tài)算法，以計(jì)算最佳路徑。傳輸層協(xié)議提供端到端服務(wù)傳輸層協(xié)議為應(yīng)用層提供可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)段的分割、重組和流量控制等。建立連接傳輸層協(xié)議能夠建立和維護(hù)應(yīng)用程序之間的連接，確保數(shù)據(jù)按序傳遞。提供數(shù)據(jù)流控制傳輸層協(xié)議管理數(shù)據(jù)流，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，并確保數(shù)據(jù)完整性。UDP協(xié)議無(wú)連接UDP是無(wú)連接協(xié)議，不需要建立連接即可傳輸數(shù)據(jù)?？焖賃DP協(xié)議的傳輸速度非常快，因?yàn)椴恍枰⑦B接，數(shù)據(jù)傳輸速度更快。不可靠UDP協(xié)議不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，數(shù)據(jù)包可能丟失或順序混亂。流媒體UDP協(xié)議適用于實(shí)時(shí)流媒體傳輸，例如視頻會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)游戲。TCP協(xié)議11.面向連接TCP是面向連接的協(xié)議，在傳輸數(shù)據(jù)之前需要建立連接，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠。22.可靠傳輸TCP使用校驗(yàn)和、序列號(hào)、確認(rèn)機(jī)制等機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸，防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。33.流量控制TCP通過(guò)滑動(dòng)窗口機(jī)制控制數(shù)據(jù)傳輸速率，防止接收方被數(shù)據(jù)淹沒(méi)。44.擁塞控制TCP通過(guò)慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳等機(jī)制來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高網(wǎng)絡(luò)效率。應(yīng)用層協(xié)議定義應(yīng)用層協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型的最高層，直接面向用戶應(yīng)用，提供應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)。功能應(yīng)用層協(xié)議負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)編碼、用戶身份驗(yàn)證等，為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口，方便應(yīng)用程序進(jìn)行通信。HTTP協(xié)議請(qǐng)求-響應(yīng)模型HTTP協(xié)議基于請(qǐng)求-響應(yīng)模型，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求。方法常見(jiàn)的HTTP方法包括GET、POST、PUT、DELETE，用于執(zhí)行不同的操作。狀態(tài)碼服務(wù)器使用狀態(tài)碼來(lái)指示請(qǐng)求的結(jié)果，例如200表示成功，404表示未找到資源。安全HTTPS是HTTP的安全版本，使用SSL/TLS加密通信，確保數(shù)據(jù)安全。FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議FTP是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于在計(jì)算機(jī)之間傳輸文件。它基于客戶機(jī)-服務(wù)器模型，使用TCP連接。工作原理FTP客戶端連接到FTP服務(wù)器，然后可以使用FTP命令上傳、下載、刪除或重命名文件。應(yīng)用場(chǎng)景FTP協(xié)議常用于網(wǎng)站文件管理、軟件更新、數(shù)據(jù)備份等應(yīng)用場(chǎng)景。安全問(wèn)題FTP協(xié)議本身不提供數(shù)據(jù)加密，容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，需要采取安全措施進(jìn)行保護(hù)。DNS協(xié)議11.域名解析DNS協(xié)議主要負(fù)責(zé)將域名解析為IP地址，方便用戶訪問(wèn)網(wǎng)站。22.層次結(jié)構(gòu)DNS采用分層結(jié)構(gòu)，包含根域名服務(wù)器、頂級(jí)域名服務(wù)器和權(quán)威域名服務(wù)器。33.緩存機(jī)制DNS服務(wù)器會(huì)緩存解析結(jié)果，提高解析速度，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。44.安全機(jī)制DNS協(xié)議支持多種安全機(jī)制，如DNSSEC，防止域名被惡意劫持。SMTP協(xié)議定義SMTP(SimpleMailTransferProtocol)是一個(gè)簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議。它定義了郵件服務(wù)器之間如何交換郵件。它用于將電子郵件發(fā)送給收件人。功能SMTP用于發(fā)送電子郵件。它使用TCP協(xié)議建立連接。它支持郵件附件、多收件人等功能。工作原理發(fā)送方郵件服務(wù)器與接收方郵件服務(wù)器建立連接。發(fā)送方服務(wù)器將郵件信息發(fā)送給接收方服務(wù)器。接收方服務(wù)器存儲(chǔ)郵件，并通知收件人。應(yīng)用場(chǎng)景SMTP用于各種電子郵件服務(wù)。它用于發(fā)送電子郵件、垃圾郵件、營(yíng)銷郵件等。它也用于其他基于電子郵件的應(yīng)用程序。POP3/IMAP協(xié)議POP3協(xié)議POP3協(xié)議是一種郵件接收協(xié)議，用于從郵件服務(wù)器下載郵件。IMAP協(xié)議IMAP協(xié)議是一種郵件訪問(wèn)協(xié)議，允許用戶在多個(gè)設(shè)備上同步郵件，并管理郵件文件夾。區(qū)別POP3協(xié)議下載郵件后會(huì)從服務(wù)器刪除，而IMAP協(xié)議則會(huì)保留郵件在服務(wù)器上。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無(wú)線路由器無(wú)線路由器是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，它將無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線信號(hào)，連接到互聯(lián)網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接是指通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)連接方式。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全是指保護(hù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)免受惡意攻擊，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｋ{(lán)牙協(xié)議短距離無(wú)線通信藍(lán)牙協(xié)議允許設(shè)備在短距離內(nèi)無(wú)線通信，典型距離為10米左右。低功耗藍(lán)牙協(xié)議設(shè)計(jì)為低功耗，使其適合各種移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴設(shè)備。安全性藍(lán)牙協(xié)議包含安全機(jī)制，例如加密和身份驗(yàn)證，以保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸。WiFi協(xié)議無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)WiFi協(xié)議定義了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，包括802.11a/b/g/n/ac等，提供不同傳輸速率和覆蓋范圍。設(shè)備連接使用WiFi協(xié)議，無(wú)線設(shè)備可以連接到無(wú)線路由器或接入點(diǎn)，訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)資源。安全機(jī)制WiFi協(xié)議支持多種安全機(jī)制，例如WPA2/3，防止未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議特點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議專為連接大量設(shè)備而設(shè)計(jì)，支持低帶寬、高延遲和不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接。許多協(xié)議強(qiáng)調(diào)輕量級(jí)通信，降低功耗，適合小型設(shè)備和電池供電設(shè)備。示例MQTTCoAPXMPPSigfoxMQTT協(xié)議11.輕量級(jí)MQTT協(xié)議占用資源少，適合資源受限的設(shè)備，例如傳感器和智能家居設(shè)備。22.發(fā)布/訂閱MQTT使用發(fā)布/訂閱模式，允許設(shè)備之間進(jìn)行異步通信，無(wú)需建立直接連接。33.可擴(kuò)展性MQTT可以擴(kuò)展到包含大量設(shè)備和主題的網(wǎng)絡(luò)，支持多層級(jí)主題結(jié)構(gòu)。44.低延遲MQTT協(xié)議設(shè)計(jì)用于低延遲通信，適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和控制應(yīng)用。CoAP協(xié)議11.輕量級(jí)CoAP協(xié)議是一種輕量級(jí)的協(xié)議，專門(mén)為資源受限的設(shè)備設(shè)計(jì)。它使用UDP協(xié)議，并具有較小的報(bào)文大小。22.RESTfulCoAP協(xié)議遵循RESTful架構(gòu)，使用HTTP類似的請(qǐng)求和響應(yīng)機(jī)制，易于理解和使用。33.可擴(kuò)展性CoAP協(xié)議支持?jǐn)U展，允許開(kāi)發(fā)者添加新的功能和選項(xiàng)，以滿足不同應(yīng)用的需求。44.廣泛應(yīng)用CoAP協(xié)議被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，例如智能家居、傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動(dòng)化等。網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議身份驗(yàn)證確保數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全性，避免被竊取或篡改。數(shù)據(jù)加密對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)安全和隱私。訪問(wèn)控制限制對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的訪問(wèn)權(quán)限，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。安全監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全威脅。SSL/TLS協(xié)議安全套接字層SSL協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)通信建立安全連接，提供數(shù)據(jù)加密和身份驗(yàn)證。傳輸層安全協(xié)議TLS協(xié)議是SSL協(xié)議的升級(jí)版，提供更強(qiáng)的安全性和兼容性。加密通信SSL/TLS協(xié)議使用對(duì)稱和非對(duì)稱加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中安全可靠。IPsec協(xié)議網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議IPsec是一種基于IP層的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，提供數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性和身份驗(yàn)證。隧道模式IPsec隧道模式用于保護(hù)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通信，將數(shù)據(jù)封裝在IPsec隧道中，以確保安全傳輸。傳輸模式IPsec傳輸模式用于保護(hù)主機(jī)之間的通信，僅加密數(shù)據(jù)本身，而不是整個(gè)IP包。應(yīng)用場(chǎng)景IPsec廣泛應(yīng)用于VPN、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，以保障網(wǎng)絡(luò)安全。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)展趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一直在不斷發(fā)展和演變，以適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用需求。1標(biāo)準(zhǔn)化與互操作性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，確保不同設(shè)備和系統(tǒng)之間能夠互操作。2移動(dòng)性和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)設(shè)備和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以滿足用戶隨時(shí)隨地的連接需求。3安全性增強(qiáng)安全機(jī)制，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和用戶隱私。4云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)適應(yīng)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將朝著更高效、更安全、更智能的方向發(fā)展，為用戶提供更加便捷、可靠的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分離。SDN通過(guò)集中式控制器來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)配置、監(jiān)控和管理的自動(dòng)化，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可編程性。5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)議