《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(luò)設(shè)備之間如何相互通信，以及數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。什么是TCP/IP協(xié)議?網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議是一套網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，定義了數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)囊?guī)則。分層結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議由多個(gè)層次組成，每個(gè)層次負(fù)責(zé)不同的功能，例如網(wǎng)絡(luò)尋址、數(shù)據(jù)傳輸?shù)??；ヂ?lián)互通TCP/IP協(xié)議使得不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以相互連接，實(shí)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(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署網(wǎng)絡(luò)3冷戰(zhàn)時(shí)期美國(guó)軍方研究網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。最初，美國(guó)國(guó)防部為了解決冷戰(zhàn)期間的軍事通信問(wèn)題，于1969年建立了ARPANET網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)使用的是NCP協(xié)議，而非現(xiàn)在的TCP/IP協(xié)議。后來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。TCP/IP協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程劃分為四個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層。每個(gè)層次負(fù)責(zé)特定的功能，例如應(yīng)用層負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，傳輸層負(fù)責(zé)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由，網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的物理傳輸。這種分層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可擴(kuò)展性。物理層物理層簡(jiǎn)介物理層是TCP/IP協(xié)議模型中最底層。它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)，并通過(guò)物理介質(zhì)進(jìn)行傳輸。物理層定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接，包括接口、電氣特性、傳輸介質(zhì)等。物理層功能數(shù)據(jù)編碼信號(hào)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(lái)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每個(gè)設(shè)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(biāo)MAC地址。錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC校驗(yàn)來(lái)檢測(cè)傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。介質(zhì)訪問(wèn)控制數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)共享介質(zhì)的訪問(wèn)，例如以太網(wǎng)中的CSMA/CD協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層功能負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)。它使用IP地址來(lái)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備，并使用路由表來(lái)確定數(shù)據(jù)包的最佳路徑。網(wǎng)絡(luò)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(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸和管理。網(wǎng)絡(luò)層作用它將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)傳遞到目的主機(jī)，并確保數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)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(luò)中傳輸。網(wǎng)絡(luò)地址每個(gè)設(shè)備都有唯一的IP地址，用于識(shí)別和定位。路由IP協(xié)議通過(guò)路由器，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)地址。ICMP協(xié)議ICMP協(xié)議的作用ICMP是Internet控制報(bào)文協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間傳遞錯(cuò)誤信息和控制信息。ICMP協(xié)議用于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否可達(dá)，并提供網(wǎng)絡(luò)診斷信息。ICMP報(bào)文類型ICMP協(xié)議定義了多種報(bào)文類型，包括錯(cuò)誤報(bào)文和控制報(bào)文。常見(jiàn)的ICMP報(bào)文類型包括目標(biāo)不可達(dá)、路由重定向、時(shí)間戳請(qǐng)求和回顯請(qǐng)求。傳輸層提供端到端服務(wù)傳輸層協(xié)議提供應(yīng)用進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，確保數(shù)據(jù)可靠到達(dá)。建立連接傳輸層協(xié)議為應(yīng)用程序提供連接建立和關(guān)閉機(jī)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(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)流量，防止網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用層數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)段，在網(wǎng)絡(luò)層傳輸，并在接收端重組。TCP協(xié)議連接導(dǎo)向TCP是面向連接的協(xié)議，建立連接前需要進(jìn)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(dá)。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(hào)和校驗(yàn)和。流量控制TCP通過(guò)滑動(dòng)窗口機(jī)制控制數(shù)據(jù)傳輸速度，防止接收方過(guò)載。UDP協(xié)議無(wú)連接UDP協(xié)議不建立連接，發(fā)送數(shù)據(jù)前無(wú)需建立連接，數(shù)據(jù)包獨(dú)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(yīng)用場(chǎng)景適用于實(shí)時(shí)性要求高、可靠性要求低的應(yīng)用，如視頻直播、網(wǎng)絡(luò)游戲等。應(yīng)用層11.應(yīng)用層協(xié)議提供用戶與網(wǎng)絡(luò)之間通信的接口，例如HTTP、FTP、SMTP等。22.數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換將用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和壓縮。33.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。44.用戶接口提供用戶可直接使用的應(yīng)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(wù)器之間傳輸超文本信息。請(qǐng)求和響應(yīng)客戶端向服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求，服務(wù)器返回HTTP響應(yīng)。數(shù)據(jù)傳輸HTTP協(xié)議用于傳輸網(wǎng)頁(yè)、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(jì)算機(jī)之間傳輸文件。兩種工作模式主動(dòng)模式被動(dòng)模式主動(dòng)模式由服務(wù)器主動(dòng)連接客戶端的指定端口。被動(dòng)模式由客戶端連接服務(wù)器的指定端口。SMTP協(xié)議簡(jiǎn)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(jìn)行通信，端口號(hào)為25。郵件發(fā)送過(guò)程發(fā)送電子郵件時(shí)，郵件客戶端會(huì)將郵件發(fā)送到SMTP服務(wù)器，SMTP服務(wù)器再將郵件轉(zhuǎn)發(fā)到接收者的郵件服務(wù)器。郵件格式SMTP協(xié)議使用文本格式傳輸郵件，郵件內(nèi)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(gè)郵件接收協(xié)議，用于接收電子郵件。22.客戶端-服務(wù)器模型POP3協(xié)議采用客戶端-服務(wù)器模型，電子郵件客戶端通過(guò)POP3服務(wù)器接收電子郵件。33.郵件存儲(chǔ)郵件存儲(chǔ)在POP3服務(wù)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(wù)器中移除。DHCP協(xié)議DHCP服務(wù)器動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）服務(wù)器為網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備分配IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)地址等網(wǎng)絡(luò)配置信息。DHCP客戶端DHCP客戶端是需要獲取網(wǎng)絡(luò)配置信息的設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、路由器等。DHCP協(xié)議流程DHCP客戶端發(fā)送DHCPDiscover報(bào)文DHCP服務(wù)器發(fā)送DHCPOffer報(bào)文DHCP客戶端發(fā)送DHCPRequest報(bào)文DHCP服務(wù)器發(fā)送DHCPAck報(bào)文DNS協(xié)議域名解析DNS協(xié)議是將域名轉(zhuǎn)換為IP地址的協(xié)議，用于訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)資源。層次結(jié)構(gòu)DNS使用層次結(jié)構(gòu)，將域名分成多個(gè)層級(jí)，例如頂級(jí)域名、二級(jí)域名等。查詢過(guò)程當(dāng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)站時(shí)，DNS解析器會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)送查詢請(qǐng)求，獲取相應(yīng)的IP地址。TCP/IP協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)通用性強(qiáng)跨平臺(tái)性好可靠性高可擴(kuò)展性強(qiáng)缺點(diǎn)安全性問(wèn)題復(fù)雜性高配置難度大資源消耗大TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用領(lǐng)域互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，所有設(shè)備都使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)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(jì)算機(jī)之間也使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，例如文件共享、打印機(jī)共享、網(wǎng)絡(luò)游戲等。移動(dòng)設(shè)備智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備也使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，例如移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入、應(yīng)用程序通信等。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間也使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，例如智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等。TCP/IP協(xié)議的安全問(wèn)題11.數(shù)據(jù)包嗅探攻擊者可以截獲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，獲取敏感信息，如用戶名、密碼等。22.拒絕服務(wù)攻擊攻擊者向目標(biāo)服務(wù)器發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致服務(wù)器無(wú)法正常響應(yīng)，影響正常服務(wù)。33.中間人攻擊攻擊者攔截通信雙方之間的數(shù)據(jù)包，進(jìn)行篡改或竊取信息。44.網(wǎng)絡(luò)釣魚(yú)攻擊者偽造網(wǎng)站或郵件，誘騙用戶輸入個(gè)人信息，進(jìn)行欺詐。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)NAT簡(jiǎn)介NAT是一種網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)，允許私有網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備使用公共IP地址訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。NAT工作原理NAT設(shè)備會(huì)將私有IP地址轉(zhuǎn)換為公共IP地址，并將源端口號(hào)映射到新的端口號(hào)。NAT類型NAT主要分為三種類型：靜態(tài)NAT、動(dòng)態(tài)NAT和端口地址轉(zhuǎn)換(PAT)。NAT應(yīng)用場(chǎng)景NAT常用于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，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(luò)劃分成多個(gè)子網(wǎng)每個(gè)子網(wǎng)擁有獨(dú)立的IP地址范圍2提高網(wǎng)絡(luò)效率減少網(wǎng)絡(luò)廣播范圍3增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性限制網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限4方便網(wǎng)絡(luò)管理簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置和維護(hù)子網(wǎng)劃分通過(guò)將單個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)絡(luò)，有效提高網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。它能降低網(wǎng)絡(luò)廣播范圍，限制網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限，并簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，使網(wǎng)絡(luò)更加高效和安全。IPv4地址結(jié)構(gòu)32位IPv4地址由32位二進(jìn)制數(shù)字組成，分為4個(gè)字節(jié)。4字節(jié)每個(gè)字節(jié)用十進(jìn)制數(shù)字表示，范圍為0到255。2網(wǎng)絡(luò)前2個(gè)字節(jié)通常用于表示網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。2主機(jī)后2個(gè)字節(jié)通常用于表示主機(jī)標(biāo)識(shí)。IPv6地址結(jié)構(gòu)版本號(hào)4位，標(biāo)識(shí)IPv6地址流量類別8位，用于區(qū)分不同類型的流量流標(biāo)識(shí)20位，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)流負(fù)載8位，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)負(fù)載類型地址128位，用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IPv4地址分類A類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占8位，主機(jī)號(hào)占24位，地址范圍為~55適用于大型網(wǎng)絡(luò)B類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占16位，主機(jī)號(hào)占16位，地址范圍為~55適用于中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)C類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占24位，主機(jī)號(hào)占8位，地址范圍為~55適用于小型網(wǎng)絡(luò)D類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占12位，主機(jī)號(hào)占20位，地址范圍為~55用于多播通信IPv6地址簡(jiǎn)化地址壓縮IPv6地址非常長(zhǎng)，通常采用十六進(jìn)制表示，導(dǎo)致閱讀和記憶困難。簡(jiǎn)化可以縮短地址長(zhǎng)度，方便使用。前綴壓縮相同前綴的地址可以省略重復(fù)部分，例如2001:0:200:3::1可以簡(jiǎn)化為2001:200:3::1。零壓縮連續(xù)的零可以壓縮為雙冒號(hào)，例如2001:0:0:0:0:0:可以簡(jiǎn)化為2001::。地址縮寫(xiě)使用更短的符號(hào)表示地址，例如將2001:0:200:3::1簡(jiǎn)化為2001:200:3::1。IPv4與IPv6的區(qū)別地址長(zhǎng)度IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模IPv6提供了更大的地址空間，可以支持更多的設(shè)備。安全性IPv6提供了更強(qiáng)大的安全功能，例如IPsec。自動(dòng)配置IPv6支持無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置。TCP三次握手1第一次握手客戶端發(fā)送SYN報(bào)文到服務(wù)器，請(qǐng)求建立連接。2第二次握手服務(wù)器收到SYN報(bào)文，并發(fā)送SYN+ACK報(bào)文給客戶端，確認(rèn)連接請(qǐng)求。3第三次握手客戶端收到SYN+ACK報(bào)文后，再次發(fā)送ACK報(bào)文給服務(wù)器，表示確認(rèn)連接。TCP四次揮手1FIN客戶端發(fā)送FIN包，請(qǐng)求關(guān)閉連接2ACK服務(wù)器收到FIN包，發(fā)送ACK確認(rèn)3FIN服務(wù)器發(fā)送FIN包，請(qǐng)求關(guān)閉連接4ACK客戶端收到FIN包，