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文檔簡介

1、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,課程組:劉悅、孫潤元、荊山,網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程體系,Powered by Sunry,網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)導(dǎo)論,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜合實(shí)踐,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),Web開發(fā)基礎(chǔ),基礎(chǔ),應(yīng)用,原理,工程,JavaEE開發(fā)基礎(chǔ),高級(jí)數(shù)據(jù)庫管理與開發(fā),網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成,綜合布線與工程管理,多層交換技術(shù)與應(yīng)用,應(yīng)用密碼學(xué),Java程序設(shè)計(jì),Unix系統(tǒng)管理,網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與路由,網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì),開發(fā),安全,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,技術(shù),通信,拓展,網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)踐,軟件開發(fā)綜合實(shí)踐,網(wǎng)絡(luò)安全綜合實(shí)踐,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課程簡介,課程性質(zhì): 專業(yè)必修課 教學(xué)目的 全面學(xué)習(xí)大量經(jīng)典TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,理解網(wǎng)

2、絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)思想,通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析器分析協(xié)議的內(nèi)容、傳輸?shù)倪^程及處理控制等信息,熟練掌握當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)協(xié)議領(lǐng)域的核心技術(shù)。 學(xué)時(shí)分配 48學(xué)時(shí)(實(shí)際=46學(xué)時(shí)),授課32學(xué)時(shí),上機(jī)16學(xué)時(shí) 課程考核方案 試卷成績0.7平時(shí)成績(作業(yè)實(shí)驗(yàn)提問點(diǎn)名)0.3,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課程簡介,課件下載: 進(jìn)入 (課件服務(wù)器) 信息科學(xué)與工程學(xué)院荊山網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,下載課件。 ftp:/ 教材: TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議,蘭少華,清華大學(xué)出版社 參考教材: TCP/IP協(xié)議族(第3版),謝希仁等譯,清華大學(xué)出版社 TCP/IP指南(卷1 底層核心協(xié)議),人民郵電出版社 TCP/IP指南(卷2 應(yīng)用層協(xié)議),人民郵電出版社 TCP/

3、IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議,清華大學(xué)出版社 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析, 機(jī)械工業(yè)出版社,內(nèi)容安排,鏈路層(PPP,Ethernet,IEEE802) 網(wǎng)絡(luò)層( IPv4,IPv6,ICMP,IGMP) IP動(dòng)態(tài)路由(RIP, OSPF,BGP) 傳輸層(UDP,TCP) 應(yīng)用層基于UDP(DNS,DHCP) 應(yīng)用層基于TCP(FTP,HTTP,SMTP),學(xué)習(xí)目標(biāo),學(xué)習(xí)完本課程,應(yīng)該能夠: 掌握TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu) 理解TCP/IP各種協(xié)議的設(shè)計(jì)思想 掌握TCP/IP各種協(xié)議的格式、內(nèi)容、應(yīng)用 掌握網(wǎng)絡(luò)測試命令的使用 結(jié)合分析軟件簡單的分析基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能與故障,課程特點(diǎn),原理性強(qiáng) 反復(fù)理解消化 實(shí)

4、例分析,學(xué)練結(jié)合 掌握原理,感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)相結(jié)合 學(xué)習(xí)過程 學(xué)習(xí)本課程是一個(gè)累積過程 每節(jié)課都會(huì)有新的技術(shù)需要掌握 注重課堂效率 注重課下實(shí)踐,第一講 概述,課程組:劉悅、孫潤元、荊山,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,數(shù)據(jù)通信是兩個(gè)計(jì)算機(jī)程序之間進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^程。協(xié)議就是管理網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)之間通信的一組規(guī)則。 舉一個(gè)協(xié)議的例子。 協(xié)議規(guī)則:前三個(gè)字符表示數(shù)據(jù)長度。,出錯(cuò)了, 請重發(fā)!,011 HELLO WORLD,010HELLO WORLD,1.1

5、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 是指通信雙方共同遵守的規(guī)則和約定的集合。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括三個(gè)要素 語法:規(guī)定了信息的結(jié)構(gòu)和格式; 語義:表明信息要表達(dá)的內(nèi)容; 同步規(guī)則:涉及雙方的交互關(guān)系和事件順序。 協(xié)議簇 復(fù)雜的通信系統(tǒng)中,協(xié)議是非常復(fù)雜的,為了保證網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)功能的獨(dú)立性,通常將協(xié)議劃分為多個(gè)子協(xié)議,子協(xié)議間保持一種層次結(jié)構(gòu),子協(xié)議的集合通常稱為協(xié)議簇。 因具有上下層關(guān)系,有時(shí)也稱為協(xié)議棧;,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,協(xié)議分層:為減少協(xié)議設(shè)計(jì)復(fù)雜性,便于維護(hù),網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu),協(xié)議也是分層執(zhí)行的。每一層是利用相鄰的下層提供的服務(wù),又向相鄰的上層提供服務(wù)。,N層協(xié)議,接口,接口,N+1層實(shí)體,N1層

6、 服務(wù)訪問點(diǎn),N層服務(wù)訪問點(diǎn),N層實(shí)體,N層實(shí)體,N-1層實(shí)體,N-1層實(shí)體,N-1層實(shí)體,N+1層實(shí)體,N+1層實(shí)體,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,協(xié)議分層:為減少協(xié)議設(shè)計(jì)復(fù)雜性,便于維護(hù),網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu),協(xié)議也是分層執(zhí)行的。每一層是利用相鄰的下層提供的服務(wù),又向相鄰的上層提供服務(wù)。,TCP/IP模型,ISO/OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián))參考模型,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP協(xié)議 傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議(Transfer Control Pr

7、otocol / Internet Protocol) ,又稱作網(wǎng)際協(xié)議簇,是Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。 雖然從名字上看TCP/IP包括兩個(gè)協(xié)議,傳輸控制協(xié)議(TCP)和網(wǎng)際協(xié)議(IP),但TCP/IP實(shí)際上是一組協(xié)議,是Internet協(xié)議簇,包括:遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸和電子郵件等,每種協(xié)議采用不同的格式和方式傳送數(shù)據(jù),它們相互補(bǔ)充、相互配合,形成多個(gè)協(xié)議的集合。TCP和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€(gè)最基本協(xié)議。 設(shè)計(jì)目標(biāo): 不同種類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方便進(jìn)行相互通信;跨長距離互聯(lián)系統(tǒng);強(qiáng)壯和可靠傳輸。,1.2 TCP/IP基本原理,Telnet 例子,1.2 TCP/IP基本原理,SMT

8、P例子,17,1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP體系結(jié)構(gòu),Application Layer,Transport Layer,Internet Layer,Network Interface Layer,TCP/IP是四層協(xié)議系統(tǒng),從下到上依次為: 網(wǎng)絡(luò)訪問層或網(wǎng)絡(luò)接口層( Network interface layer ) 網(wǎng)絡(luò)層(Internet層, Internet layer ) 傳輸層(TCP層, Host to host or transport layer ) 應(yīng)用層( Application layer ),1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP 四層功能 應(yīng)用層:

9、提供以人為本的服務(wù),是協(xié)議棧與主機(jī)上的應(yīng)用或者處理程序交接的層。 傳輸層:為上層應(yīng)用程序提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸,傳輸層同時(shí)支持多個(gè)應(yīng)用。常用的傳輸層協(xié)議有TCP和UDP。 網(wǎng)絡(luò)層:處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)(包括路由選擇、流量控制、擁塞控制等)。IP是這一層最重要的協(xié)議,是一種無連接協(xié)議,不負(fù)責(zé)下層的傳輸可靠性。IP不提供可靠性、流控制或者錯(cuò)誤恢復(fù)。 網(wǎng)絡(luò)接口層:實(shí)際網(wǎng)絡(luò)硬件的接口。涉及操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)接口卡。,1.2 TCP/IP基本原理,邏輯上通信是在同級(jí)完成的 垂直方向的結(jié)構(gòu)層次是當(dāng)今普遍認(rèn)可的數(shù)據(jù)處理的功能流程。 每一層都有與其相鄰層的接口。 為了通信,兩個(gè)系統(tǒng)必須在各層之間傳

10、遞數(shù)據(jù)、指令、地址等信息,但是通信的邏輯流程與真正的數(shù)據(jù)流不同,每一層都在邏輯上能夠直接與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)層直接通信。 回想一下各層對(duì)應(yīng)的PDU ?,網(wǎng)絡(luò)接口層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,應(yīng)用層,1.2 TCP/IP基本原理,邏輯上通信是在同級(jí)完成的,虛線表示邏輯通信. 實(shí)線表示真正數(shù)據(jù)流。,1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP分層模型中的兩個(gè)邊界,網(wǎng)絡(luò)接口層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,應(yīng)用層,操作系統(tǒng)外部的軟件,使用IP地址,操作系統(tǒng)內(nèi)部的軟件,使用物理地址,主機(jī)A,分界線,分界線,1.2 TCP/IP基本原理,下層在上層消息前添加前綴,叫作報(bào)頭。在有些情況下,在報(bào)文尾部添加報(bào)尾,這個(gè)過程叫做封裝。當(dāng)

11、目的主機(jī)收到報(bào)文時(shí),在將其發(fā)送給高層程序前,會(huì)去掉發(fā)送方添加的報(bào)頭,這個(gè)過程叫作解包(拆裝、解封裝)。,1.2 TCP/IP基本原理,每層協(xié)議盒都要去檢查報(bào)文首部中的協(xié)議標(biāo)識(shí),以確定接收數(shù)據(jù)的上層協(xié)議,這個(gè)過程稱作分用。反之,多個(gè)協(xié)議可以通過不同的協(xié)議標(biāo)識(shí),使用一個(gè)下層協(xié)議封裝,這個(gè)過程稱作復(fù)用。下圖是分用的過程:,1.2 TCP/IP基本原理,客戶-服務(wù)器模式 為共同完成某項(xiàng)功能,相互通信的進(jìn)程之間必須進(jìn)行某種程度的協(xié)同。協(xié)同方式有多種: 對(duì)等方式(Peer-to-Peer) 客戶/服務(wù)器方式(Client/Server) 主從方式(Master/Slave) 大部分網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都是客戶/服

12、務(wù)器模式,即一端是客戶,另一端是服務(wù)器,服務(wù)器端為客戶提供特定服務(wù)。如FTP、SMTP等。這種服務(wù)分為兩種類型:重復(fù)型、并發(fā)型。,1.2 TCP/IP基本原理,客戶/服務(wù)器模式 并發(fā)服務(wù)器優(yōu)點(diǎn)在于它利用生成其他服務(wù)器的方法來處理客戶請求。也就是說,每個(gè)客戶都有它自己對(duì)應(yīng)的服務(wù)器。如果操作系統(tǒng)允許多任務(wù),那么就可以同時(shí)為多個(gè)客戶服務(wù)。一般來說, TCP服務(wù)器是并發(fā)的,UDP服務(wù)器是重復(fù)的 。,1.2 TCP/IP基本原理,端口號(hào) 端口用來表示具體的應(yīng)用層協(xié)議和服務(wù)。 TCP和UDP采用16 bit的端口號(hào)來識(shí)別應(yīng)用程序,所以端口號(hào)是0-65535范圍內(nèi)的任何值。 服務(wù)器端一般都是采用保留端口號(hào)來

13、識(shí)別。例如,F(xiàn)TP服務(wù)器的TCP端口號(hào)是21,Telnet服務(wù)器的TCP端口號(hào)是23。 客戶端通常對(duì)它所使用的端口號(hào)并不關(guān)心,只需保證該端口號(hào)在本機(jī)上是唯一的就可以了??蛻舳丝谔?hào)又稱作臨時(shí)端口號(hào)。,1.2 TCP/IP基本原理,端口號(hào) IANA(互聯(lián)網(wǎng)地址指派機(jī)構(gòu) )將端口劃分為三個(gè)范圍,詳細(xì)內(nèi)容參見/assignments/port-numbers 熟知端口:0-1023,由IANA指派和控制,分配給系統(tǒng)的主要和核心服務(wù)。如80端口被指定HTTP服務(wù)。 注冊端口:1024-49151,在IANA中注冊以防止重復(fù),但是IANA不指派也不控制,分配給行業(yè)應(yīng)用程

14、序和進(jìn)程。如1433分配給Microsoft SQL Server進(jìn)程。 動(dòng)態(tài)端口:49152-65535,又稱為短期端口,既不用注冊也不用指派,可以由任何進(jìn)程使用,用做某些連接的臨時(shí)端口。,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,中間結(jié)點(diǎn)和端結(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時(shí),主要用到3種類型地址:符號(hào)域名、邏輯地址和物理地址。 符號(hào)域名:大多數(shù)人識(shí)別Internet/Intranet上具體主機(jī)地址所記住和使用的地址。 邏輯地址:與物理地址的區(qū)別是,邏輯地址通常是用軟件而不是硬

15、件來實(shí)現(xiàn)的。邏輯地址分為兩類:網(wǎng)絡(luò)地址和端口(進(jìn)程地址)。 網(wǎng)絡(luò)地址(IP地址): 端口號(hào):FTP使用的20和21 物理地址:也叫硬件地址、網(wǎng)絡(luò)接口卡地址或MAC地址(介質(zhì)訪問控制地址),它總是最終將信息發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)上所需的地址。 MAC地址:01:23:45:67:89:ab,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,IP地址 互聯(lián)網(wǎng)上每個(gè)接口必須有一個(gè)唯一的Internet地址(IP地址)。IP地址為32bit,分成5類,從A類到E類。,Class C,Byte 4,Byte 3,Byte 2,Byte 1,Class B,Class A,Class D,Class E,(留待后用

16、),1 1 1 0,1 1 1 1 0,多播組號(hào),Host,網(wǎng)絡(luò)號(hào),1 1 0,Host,網(wǎng)絡(luò)號(hào),1,0,Host,0,網(wǎng)絡(luò)號(hào),1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,IP地址 互聯(lián)網(wǎng)上每個(gè)接口必須有一個(gè)唯一的Internet地址(IP地址)。IP地址為32bit,分成5類,從A類到E類。 區(qū)分各類地址的最簡單方法是看它的第一個(gè)十進(jìn)制整數(shù)。右圖列出了各類地址的起止范圍。,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,互聯(lián)網(wǎng)上的每個(gè)接口必須有一個(gè)唯一的IP地址,因此必須要有一個(gè)管理機(jī)構(gòu)為接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分配IP地址。這個(gè)管理機(jī)構(gòu)就是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心( Internet Network Information Center簡稱InterNIC)。

17、InterNIC只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào), 主機(jī)號(hào)的分配由系統(tǒng)管理員來負(fù)責(zé)。 網(wǎng)址:。 CNNIC: 分配給濟(jì)南大學(xué)地址為: -55 -55 問題:濟(jì)南大學(xué)使用的是哪類地址?,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,私有地址 : 55 in class A 55 in class B 55 in Class C 環(huán)回地址 : A類網(wǎng)絡(luò)地址127是一個(gè)保留地址,用做網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機(jī)進(jìn)程間通信, 127.

18、0.0.1 IPv6地址格式: 后續(xù)章節(jié)講解。,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,練習(xí):以下地址屬于哪一類地址,同時(shí)哪些是私有地址? 1 58 3 2 9 ,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,地址映射:將地址從一種格式轉(zhuǎn)換成另一種格式,以更適合它將采用的介質(zhì)和協(xié)議。 物理地址映射:ARP和RARP,實(shí)現(xiàn)物理地址和邏輯地址間的轉(zhuǎn)換。 ARP 物理地址 邏輯地址 RARP 域名系統(tǒng):在TCP/IP領(lǐng)域中,域名系統(tǒng)(DNS)是一個(gè)分布的數(shù)據(jù)庫,由它來提供IP地

19、址和主機(jī)名之間的映射信息。 DNS ,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC,標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO ISO (International Standards Organization)是世界上最著名的國際標(biāo)準(zhǔn)組織之一,它主要由美國國家標(biāo)準(zhǔn)組織ANSI與其他國家的國家標(biāo)準(zhǔn)組織代表所組成。ISO對(duì)網(wǎng)絡(luò)最主要貢獻(xiàn)是為OSI建立它的參考模型 。 IEEE 國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE (The Institute of Electri

20、cal and Electronic Engineer)是世界上最大的專業(yè)組織之一。IEEE對(duì)網(wǎng)絡(luò)做了一項(xiàng)很大的貢獻(xiàn),即IEEE 802協(xié)議的制定,比較著名的有802.3的CSMA/CD與802.5的Token Ring。,1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC,Internet的管理機(jī)構(gòu) Internet協(xié)會(huì)(ISOC, Internet Society) 推動(dòng)、支持和促進(jìn)Internet不斷增長和發(fā)展的專業(yè)組織。 Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)(IAB, Internet Architecture Board) 技術(shù)監(jiān)督和協(xié)調(diào)的機(jī)構(gòu)。職能是負(fù)責(zé)Internet標(biāo)準(zhǔn)的最后編輯和技術(shù)審核。下屬兩個(gè)機(jī)

21、構(gòu):IETF和IRTF。 Internet工程任務(wù)組(IETF,Internet Engineering Task Force) 面向近期標(biāo)準(zhǔn)組織,開發(fā)成為Internet標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。 Internet研究任務(wù)組(IRTF,Internet Research Task Force) 對(duì)長遠(yuǎn)的項(xiàng)目進(jìn)行研究。,1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC,RFC(Request for Comment請求評(píng)論或請求注解) Internet標(biāo)準(zhǔn)是必須遵守的正式規(guī)約。所有關(guān)于Internet的正式標(biāo)準(zhǔn)都以RFC文檔正式出版。但是,大量RFC不是正式的標(biāo)準(zhǔn),出版的目的只是為了提供信息。Internet草案不是正式的

22、文檔,當(dāng)Internet機(jī)構(gòu)將草案進(jìn)行推薦時(shí),就將草案作為RFC的形式公布。 每一個(gè)RFC都用一個(gè)數(shù)字來標(biāo)識(shí),如RFC 1122,數(shù)字越大說明RFC的內(nèi)容越新。 目前,最新的RFC是5791。 /download/rfc-index.txt,1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC,RFC的生存期間,屬于下列六個(gè)成熟等級(jí)之一: 建議標(biāo)準(zhǔn) 草案標(biāo)準(zhǔn) Internet標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)驗(yàn)的 提供信息的 歷史的,雖然RFC必須通過多個(gè)過程,才能成為官方標(biāo)準(zhǔn),但是它們提供理解、實(shí)現(xiàn)和使用Internet上的TCP/IP協(xié)議和服務(wù)所需的文檔。,1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC,相關(guān)網(wǎng)址

23、 /rfc.html /rfcs/ http:/rfc.sunsite.dk/ ,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.5 協(xié)議分析軟件,協(xié)議分析(網(wǎng)絡(luò)分析)是參與到網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng),捕獲跨網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包,收集網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)包解碼為可讀形式的過程。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析器(Network Packet Analyzer),也叫作協(xié)議分析器(Protocol Analyzer)、嗅探器(Sniffer)、網(wǎng)絡(luò)分析器(Network Analyzer)和網(wǎng)絡(luò)嗅聽

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