數(shù)據(jù)通訊教學(xué)課件

數(shù)據(jù)通訊匯報人：AA2024-01-23目錄CONTENTS數(shù)據(jù)通訊基本概念與原理數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)傳輸層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊安全策略與實踐01數(shù)據(jù)通訊基本概念與原理CHAPTER它是現(xiàn)代信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛應(yīng)用于計算機、通信、控制等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)通訊的作用是實現(xiàn)信息的傳遞和共享，促進信息化進程的發(fā)展。數(shù)據(jù)通訊是指通過傳輸介質(zhì)將數(shù)據(jù)信息從一個地點傳送到另一個地點的過程。數(shù)據(jù)通訊定義及作用傳輸介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電波等。信號類型模擬信號和數(shù)字信號。傳輸介質(zhì)與信號類型調(diào)制是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的過程，以便在模擬信道上傳輸。解調(diào)是將模擬信號還原成數(shù)字信號的過程，以便接收端正確識別。常見的調(diào)制方式有振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制等。調(diào)制解調(diào)技術(shù)原理差錯控制是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性而采取的一系列措施。常見的差錯控制方法有檢錯重發(fā)、前向糾錯和混合糾錯等。檢錯重發(fā)是在接收端檢測出錯誤后，要求發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)；前向糾錯是在接收端通過一定的算法對錯誤數(shù)據(jù)進行糾正；混合糾錯是同時采用檢錯重發(fā)和前向糾錯兩種方法。差錯控制方法02數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)CHAPTERHDLC（High-LevelDataLinkControl，高級數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議是一種面向比特的同步數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于廣域網(wǎng)中。HDLC協(xié)議支持三種類型的幀：信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號幀（U幀），分別用于數(shù)據(jù)傳輸、流量控制和提供無連接服務(wù)。HDLC協(xié)議具有可靠傳輸、高效性能和靈活配置等優(yōu)點，適用于各種不同類型的數(shù)據(jù)鏈路。HDLC協(xié)議采用幀傳輸方式，幀格式包括標(biāo)志字段、地址字段、控制字段、信息字段和幀校驗字段。其中，標(biāo)志字段用于幀同步，地址字段和控制字段用于描述幀的類型和功能。HDLC協(xié)議詳解PPP協(xié)議應(yīng)用場景廣泛，包括撥號上網(wǎng)、DSL接入、移動通信和VPN等。在這些場景中，PPP協(xié)議能夠提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，保證網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性和安全性。PPP（Point-to-PointProtocol，點對點協(xié)議）是一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，主要用于撥號或?qū)＞€方式建立點對點連接。PPP協(xié)議具有簡單、靈活、可擴展和可協(xié)商等優(yōu)點。它支持多協(xié)議封裝，允許在單一鏈路上同時支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP協(xié)議特點及應(yīng)用場景以太網(wǎng)MAC（MediaAccessControl，媒體訪問控制）層協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈路層的一部分，負(fù)責(zé)在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的傳輸和訪問控制。以太網(wǎng)MAC層協(xié)議采用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問）機制，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的平等訪問和數(shù)據(jù)共享。以太網(wǎng)MAC層協(xié)議定義了數(shù)據(jù)幀的格式和傳輸規(guī)則，包括幀的起始定界符、目的地址、源地址、類型/長度字段、數(shù)據(jù)字段和幀校驗字段等。以太網(wǎng)MAC層協(xié)議還支持VLAN（VirtualLocalAreaNetwork，虛擬局域網(wǎng)）技術(shù)，實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)的邏輯劃分和靈活管理。以太網(wǎng)MAC層協(xié)議分析幀中繼和ATM技術(shù)比較幀中繼（FrameRelay）和ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）是兩種常用的廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。幀中繼是一種面向連接的服務(wù)，提供可變長度的數(shù)據(jù)幀傳輸。它簡化了X.25協(xié)議的復(fù)雜性，提高了傳輸效率，適用于突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸和對實時性要求不高的應(yīng)用。ATM是一種面向單元的、面向連接的服務(wù)，提供固定長度的信元傳輸。它支持多種業(yè)務(wù)類型（如語音、視頻和數(shù)據(jù)等）的綜合傳輸，具有高速率、低時延和QoS保證等優(yōu)點。ATM適用于對實時性和多媒體應(yīng)用要求較高的場景。幀中繼和ATM在應(yīng)用場景、傳輸效率和服務(wù)質(zhì)量等方面存在差異。選擇哪種技術(shù)取決于網(wǎng)絡(luò)的具體需求和應(yīng)用場景的要求。03網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)CHAPTERIP地址分為A、B、C、D、E五類，其中A、B、C類為常用地址，D類為組播地址，E類為保留地址。各類地址的范圍和用途有所不同。IP地址分類子網(wǎng)劃分是通過借用主機位作為子網(wǎng)位，將一個大網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個小網(wǎng)絡(luò)的過程。常用的子網(wǎng)劃分方法有等長子網(wǎng)劃分和變長子網(wǎng)劃分兩種。子網(wǎng)掩碼用于標(biāo)識子網(wǎng)位和主機位。子網(wǎng)劃分方法IP地址分類及子網(wǎng)劃分方法ARP工作原理ARP（地址解析協(xié)議）用于將32位的IP地址解析為MAC地址。當(dāng)主機需要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺主機時，會首先查詢本地的ARP緩存表，如果緩存表中沒有目標(biāo)主機的MAC地址，則會發(fā)送ARP請求廣播，目標(biāo)主機收到請求后會回復(fù)ARP響應(yīng)，將MAC地址告知請求主機。RARP工作原理RARP（逆地址解析協(xié)議）用于將MAC地址解析為IP地址。當(dāng)無盤工作站啟動時，會發(fā)送RARP請求廣播，請求分配一個IP地址。RARP服務(wù)器收到請求后，會根據(jù)MAC地址分配一個IP地址，并回復(fù)RARP響應(yīng)告知工作站。ARP/RARP工作原理及實現(xiàn)過程ICMP（Internet控制消息協(xié)議）報文封裝在IP數(shù)據(jù)報中，由報頭和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分組成。報頭包含類型、代碼和校驗和等字段，數(shù)據(jù)區(qū)則根據(jù)不同類型的ICMP報文有所不同。ICMP報文格式ICMP主要用于在IP主機和路由器之間傳遞控制消息，包括目的不可達(dá)、超時、參數(shù)問題、源抑制等。這些消息對于網(wǎng)絡(luò)診斷和故障排除具有重要意義。ICMP功能介紹ICMP報文格式和功能介紹地址長度IPv4使用32位地址，而IPv6使用128位地址，提供了更大的地址空間。IPv4地址以點分十進制表示，而IPv6地址采用十六進制表示，并使用冒號分隔。IPv4報文包括報頭和數(shù)據(jù)兩部分，而IPv6報文則包括基本報頭和擴展報頭兩部分。IPv6報頭更加簡化，提高了處理效率。IPv6內(nèi)置了IPSec安全機制，提供了更高的安全性保障。同時，IPv6還支持加密和認(rèn)證等安全特性。IPv6原生支持多播和任播功能，使得網(wǎng)絡(luò)通信更加靈活高效。地址表示方法安全性多播和任播報文格式IPv6與IPv4差異分析04傳輸層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)CHAPTER知名端口號1024-49151，用于一些已知的應(yīng)用程序，但不像知名端口那樣緊俏，可由程序開發(fā)者向IANA申請注冊。注冊端口號動態(tài)/私有端口號49152-65535，這類端口號不固定分配給某個服務(wù)，而是由操作系統(tǒng)動態(tài)分配，用于短暫連接。0-1023，由IANA統(tǒng)一分配和管理，通常預(yù)留給一些常用的服務(wù)，如HTTP(80)、HTTPS(443)、SSH(22)等。TCP/UDP端口號分配規(guī)則TCP連接建立需要經(jīng)歷“三次握手”過程，即SYN、SYN+ACK和ACK三個步驟，確保雙方都已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳輸。TCP連接釋放需要經(jīng)歷“四次揮手”過程，即FIN、ACK、FIN和ACK四個步驟，確保雙方數(shù)據(jù)完全發(fā)送完畢并確認(rèn)。TCP連接建立、釋放過程剖析釋放過程建立過程擁塞控制策略和流量控制方法擁塞控制策略TCP采用慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復(fù)等策略來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。這些策略通過動態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口大小來控制數(shù)據(jù)發(fā)送速率。流量控制方法TCP使用滑動窗口機制進行流量控制，接收方通過通告窗口大小來限制發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，防止接收方緩沖區(qū)溢出。序號與確認(rèn)超時重傳錯誤檢測與處理流量控制與擁塞控制可靠傳輸機制設(shè)計思路TCP為每個字節(jié)分配一個序號，接收方通過發(fā)送確認(rèn)報文來告知發(fā)送方已成功接收的數(shù)據(jù)范圍。TCP使用校驗和來檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯誤，并在發(fā)現(xiàn)錯誤時進行重傳。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)后會啟動定時器，若在規(guī)定時間內(nèi)未收到確認(rèn)報文，則會重傳數(shù)據(jù)。結(jié)合滑動窗口機制和擁塞控制策略，確保數(shù)據(jù)在可靠傳輸?shù)耐瑫r，網(wǎng)絡(luò)保持高效運行。05應(yīng)用層協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)CHAPTER123介紹根DNS服務(wù)器、頂級域DNS服務(wù)器和權(quán)威DNS服務(wù)器的角色與功能。DNS服務(wù)器層次結(jié)構(gòu)詳細(xì)闡述用戶請求域名解析時，本地DNS服務(wù)器如何逐層查詢，最終找到目標(biāo)IP地址的過程。域名解析過程解釋DNS緩存的作用，以及DNS服務(wù)器之間如何進行信息同步和更新。DNS緩存與更新機制DNS域名解析過程詳解HTTP協(xié)議基礎(chǔ)簡要介紹HTTP協(xié)議的主要特點、請求/響應(yīng)模型以及常用請求方法。HTTPS協(xié)議原理詳細(xì)闡述HTTPS如何通過SSL/TLS協(xié)議對傳輸數(shù)據(jù)進行加密，確保通信安全。HTTP與HTTPS比較對比分析HTTP和HTTPS在安全性、性能和資源消耗等方面的差異。HTTP/HTTPS工作原理比較030201簡要介紹FTP服務(wù)的概念、工作原理和常用端口。FTP服務(wù)概述詳細(xì)闡述如何配置FTP服務(wù)器，包括安裝、設(shè)置用戶權(quán)限、配置傳輸模式等。FTP服務(wù)器配置介紹如何使用FTP客戶端連接到FTP服務(wù)器，進行文件的上傳、下載和管理等操作。FTP客戶端使用FTP文件傳輸服務(wù)配置指南SMTP/POP3/IMAP郵件服務(wù)配置教程郵件服務(wù)概述簡要介紹SMTP、POP3和IMAP協(xié)議在電子郵件服務(wù)中的角色和功能。SMTP服務(wù)配置詳細(xì)闡述如何配置SMTP服務(wù)器，以便發(fā)送電子郵件。POP3/IMAP服務(wù)配置詳細(xì)闡述如何配置POP3或IMAP服務(wù)器，以便接收和管理電子郵件。郵件客戶端設(shè)置與使用介紹如何在郵件客戶端中設(shè)置SMTP、POP3或IMAP服務(wù)器信息，以便進行郵件的發(fā)送和接收。06數(shù)據(jù)通訊安全策略與實踐CHAPTER采用單鑰密碼系統(tǒng)的加密方法，同一個密鑰可以同時用作信息的加密和解密。常見算法有DES、3DES、AES等。對稱加密又稱公鑰加密，使用一對密鑰，公鑰用于加密，私鑰用于解密。常見算法有RSA、ECC等。非對稱加密結(jié)合對稱加密和非對稱加密的優(yōu)點，用非對稱加密傳輸對稱加密的密鑰，再用對稱加密傳輸數(shù)據(jù)?；旌霞用芗用芗夹g(shù)原理及算法介紹數(shù)字簽名和認(rèn)證中心（CA）概念剖析一種類似寫在紙上的普通的物理簽名，但是使用了公鑰加密領(lǐng)域的技術(shù)實現(xiàn)，用于鑒別數(shù)字信息的方法。一套數(shù)字簽名通常定義兩種互補的運算，一個用于簽名，另一個用于驗證。數(shù)字簽名一個負(fù)責(zé)發(fā)放和管理數(shù)字證書的權(quán)威機構(gòu)。它作為電子商務(wù)交易中受信任的第三方，承擔(dān)公鑰體系中公鑰的合法性檢驗的責(zé)任。認(rèn)證中心（CA）SSL（安全套接層協(xié)議）位于TCP/IP協(xié)議與各種應(yīng)用層協(xié)議之間，為數(shù)據(jù)通訊提供安全支持。SSL協(xié)議可分為兩層：SSL記錄協(xié)議（SSLRecordProtocol），它建立在可靠的傳輸協(xié)議（如TCP）之上，為高層協(xié)議提供數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密等基本功能的支持；SSL握手協(xié)議（SSLHandshakeProtocol），它建立在SSL記錄協(xié)議之上，用于在實際的數(shù)據(jù)傳輸開始前，通訊雙方進行身份認(rèn)證、協(xié)商加密算法、交換加密密鑰等。TLS（傳輸層安全性協(xié)議）是SSL的后續(xù)版本，兩者差別很小。TLS對于安全性的考慮更為全面，對于算法的要求更為嚴(yán)格。SSL/TLS安全傳輸